DE3710390A1 - Elastische wellenkupplung - Google Patents
Elastische wellenkupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung,
insbesondere für dieselmotorische Antriebe, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1. Elastische
Wellenkupplungen dieser Art sind in verschiedenen
Ausführungen bekannt, z.B. aus der DE-OS 34 34 722.
Eine wesentliche Grundlage für die Konstruktion von
elastischen Wellenkupplungen dieser Art ist das zu
übertragende Nenndrehmoment. Als weiterer wichtiger
Kennwert kommt die geforderte Elastizität hinzu, wobei
eine spezifische Belastbarkeit für den Gummiwerkstoff
des elastischen Ring-Zwischengliedes zu beachten ist.
Unter Berücksichtigung der zulässigen Scherbeanspruchung
von Gummi läßt sich so für ein vorgegebenes
Nenndrehmoment die erforderliche Scherfläche ermitteln.
Damit ist zugleich eine der Hauptabmessungen einer
solchen elastischen Wellenkupplung gegeben.
Die Forderung nach einer gewünschten Elastizität der
Wellenkupplung ist bei bekannten Eigenschaften des zum
Einsatz kommenden Gummiwerkstoffes durch Errechnung der
erforderlichen Federlänge des Gummis erfüllbar. Damit
ist ein weiterer Kennwert hinsichtlich der
Hauptabmessungen der Wellenkupplung gegeben. Bei dieser
Vorgehensweise hinsichtlich der Festlegung des
Gummikörpers entstehen rotationssymmetrische
Gummikörper, die mit zunehmenden zu übertragenden
Drehmomenten entsprechend größere Abmessungen bekommen.
Bei den betriebsmäßigen Beanspruchungen von elastischen
Wellenkupplungen dieser Art wird neben der Übertragung
des mittleren Antriebsdrehmoments die Wellenkupplung
zusätzlich mit einem dynamischen Moment beaufschlagt,
welches auf die unvermeidbaren Drehschwingungen des
Antriebes zurückzuführen ist. Mit größer werdenden
Abmessungen des Gummikörpers wird das Verhältnis von
thermischer Belastbarkeit zu mechanischer Belastbarkeit
immer ungünstiger. Hierzu ist zu bemerken, daß die
spezifische mechanische Belastung aufgrund der
errechneten Abmessungen konstant bleibt, während jedoch
die Temperaturen im Kernbereich des Gummikörpers infolge
der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Gummi mit
zunehmender Vergrößerung des Gummikörpers stark ansteigen.
Mit den bislang üblichen Maßnahmen zur Wärmeabfuhr ist
ein bestimmtes Niveau thermischer Belastbarkeit erreichbar,
welches aber für zahlreiche Einsatzfälle nicht
ausreichend ist. Insofern tritt die Frage der erreichbaren
thermischen Belastbarkeit bei der Beurteilung der
Anwendbarkeit von elastischen Wellenkupplungen immer
stärker in den Vordergrund.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bei einer
elastischen Wellenkupplung dieser Art eine Ausgestaltung
vorzunehmen, durch die bei gegebenen mechanischen
Eigenschaften eine wesentlich höhere thermische
Belastungsfähigkeit erreichbar ist, d.h. es soll
insbesondere bei Gummikörpern mit größeren Abmessungen
möglich sein, eine unzulässig hohe Erwärmung im
Kernbereich des Gummikörpers zu vermeiden.
Ausgehend von einer elastischen Wellenkupplung der
eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gummikörper im
radial mittleren Bereich ein in Umfangsrichtung entlang
einer Kreislinie durchgehendes oder in
aufeinanderfolgenden Abschnitten aufgeteilte Fenster
aufweist, welche sich mit ihren Wandungen koaxial über
die ganze axiale Stärke des Gummikörpers erstrecken, und
daß in den metallischen Ringscheiben an das bzw. die
Fenster anschließende Durchbrechnungen enthalten sind.
Das beschriebene Prinzip ist besonders vorteilhaft
realisierbar bei einer elastischen Wellenkupplung, bei
der das elastische Ring-Zwischenglied aus einer Anzahl
gleicher in Umfangsrichtung dicht aufeinanderfolgender
Ringsegmente zusammengesetzt ist und jedes Segment aus
axial äußeren metallischen Segmentplatten und einem
inneren Gummikörper besteht, wobei der Gummikörper in
einer axialen Ebene einen trapezförmigen Querschnitt mit
radial nach außen zunehmender Breite hat. Bei einer
solchen Wellenkupplung ist erfindungsgemäß im Gummikörper
jedes Segmentes wenigstens ein Fenster enthalten, dessen
Enden jeweils in der Nähe der radialen Endflächen des
Segmentes enden, und es ist ferner in den beiden
Segmentplatten jedes Segmentes je eine mit dem Fenster im
Gummikörper deckungsgleiche Durchbrechung vorgesehen.
Die radiale Lage der Fenster wird vorteilhafterweise
so gewählt, daß in den Kernbereichen der beiden an das
Fenster angrenzenden Abschnitte des Gummikörpers während
des Betriebes der Wellenkupplung etwa gleiche Temperaturen
vorliegen.
Der Vorteil, der durch die Erfindung erzielbar ist,
beruht darauf, daß im Kernbereich des Gummikörpers, in
dem normalerweise die Erwärmung größer ist als in den
Randbereichen, der Werkstoff durch die Anbringung eines
Fensters eliminiert wird. Dadurch ist zwar eine gewisse
Verringerung in der mechanischen Belastbarkeit der
Wellenkupplung in Kauf zu nehmen, wofür jedoch als
Gegenleistung überraschenderweise ein weitaus höherer
Gewinn an thermischer Belastbarkeit erzielt wird. Soweit
im Vergleich zu einer bisher üblichen Baugröße die
mechanische Belastbarkeit nicht abnehmen soll, braucht
die Wellenkupplung in den äußeren Abmessungen lediglich
geringfügig vergrößert zu werden. Dieser Vergrößerung
steht aber, wie bereits erwähnt, ein unverhältnismäßig
größerer Gewinn an thermischer Belastbarkeit der
Wellenkupplung gegenüber. Durch die Anwendung dieses
Prinzips lassen sich die bei den bekannten
Wellenkupplungen festgestellten Schwierigkeiten, d.h. das
Auftreten unzulässig hoher Erwärmungen im Kernbereich
des Gummikörpers, auf einfache Weise beheben.
Bei der Festlegung der Größe der Fenster kann man wie
folgt vorgehen. Zunächst wird der trapezförmige
Vollquerschnitt des Gummikörpers mit gegebenen
Abmessungen und bekannten Werkstoffkenndaten bei einer
bestimmten Wärmebelastung rechnerisch auf die
Wärmeverteilung und die Größe der maximalen Temperaturen
untersucht. Auf diese Weise läßt sich die Lage und die
Größe des Fensters ermitteln. Wärmetechnisch entfällt
dabei das Zentrum der hohen Temperaturen im Gummikörper.
Hiernach werden in einem zweiten Schritt die radialen
Höhen der so entstandenen Abschnitte des Gummikörpers,
die zu beiden Seiten des Fensters liegen, in der Weise
ermittelt, daß bei einer bestimmten Wärmebeaufschlagung
in den Zentren der beiden Abschnitte etwa gleiche
Temperaturen vorliegen. Dabei stellt man fest, daß die
radialen Höhen der beiden Abschnitte nicht gleich sind,
sondern daß die radiale Höhe des äußeren Abschnittes
kleiner ist als die des inneren Abschnittes. Die Ursache
hierfür ist im wesentlichen der trapezförmige Querschnitt
des Gummikörpers, aufgrund dessen der äußere Abschnitt
eine größere axiale Erstreckung als der innere Abschnitt
hat.
Die Erfindung bringt aber noch einen weiteren
wesentlichen Vorteil mit sich. Dieser ist darauf
zurückzuführen, daß sich das Fenster in den Gummikörpern
in den angrenzenden metallischen Segmentplatten
fortsetzt, so daß das gesamte elastische Ring-
Zwischenglied von axialen Kanälen durchsetzt ist, durch
die Kühlluft strömen kann. Damit ist zugleich eine
bessere Entlüftung der dem Antriebsmotor zugewandten
Seite der Wellenkupplung erreichbar, die in der Regel
thermisch höher belastet ist als die entgegengesetzte
freie Seite. Hierauf wird im anschließenden Teil
der Beschreibung noch näher eingegangen.
Ein Ausführungsbeispiel einer elastischen Wellenkupplung
gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt der elastischen
Wellenkupplung,
Fig. 2 eine Seitenansicht von Segmenten eines
viergeteilten elastischen Ring-Zwischengliedes
in ihrer Zuordnung in der Einbaustellung und
Fig. 3 einen Querschnitt des elastischen Ring-
Zwischengliedes in den Ebenen der Linie I-I
der Fig. 2.
Bei der in der Zeichnung dargestellten elastischen
Wellenkupplung ist das elastische Ring-Zwischenglied aus
zwei gleichen Ringteilen gebildet, die in bezug auf ihre
Trennebene spiegelbildlich aneinanderliegend angeordnet
sind. Der primäre starre Kupplungsteil ist als Nabe (1)
ausgebildet, die sich bis über die Trennebene der
Ringteile (2, 3), des elastischen Ring-Zwischengliedes (4)
hinaus in das Innere der Wellenkupplung erstreckt. An der
äußeren Stirnseite der Nabe (1) ist ein Befestigungsflansch
(5) angeformt, der zum drehfesten Anschluß eines
Mitnehmerringes (6) dient. Als Bindeglied zwischen der
Nabe (1) und dem Mitnehmerring (6) ist ein aus Federstahl
bestehender Membranring (7) vorgesehen, der eine gewisse
axiale Beweglichkeit zwischen dem primären Kupplungsteil,
nämlich der Nabe (1) und dem sekundären Kupplungsteil,
nämlich einem Flanschring (8) ermöglichen soll.
An der Nabe (1) ist der Membranring (7) mit Hilfe eines
Spannringes (9) drehfest verspannt, wobei zur Erzeugung
der axial gerichteten Spannkraft eine Anzahl Spannbolzen
(10) vorgesehen ist, die in Durchgangsbohrungen des
Flansches (5) und des Spannringes (9) gehalten sind und
über den ganzen Umfang mit gleichem Abstand voneinander
verteilt sind. Auf einem in bezug auf den Teilkreis der
Spannbolzen (10) kleineren Kreis sind weitere fluchtende
Durchgangsbohrungen in den Teilen (5 und 9) enthalten, in
denen an sich bekannte Spannhülsen (11) kraftschlüssig
gehalten sind, die zusammen mit den Spannbolzen (10) die
drehfeste Verbindung zwischen den Teilen (5 und 9) bewirken.
Der Mitnehmerring (6) enthält auf einem inneren Teilkreis
eine Anzahl von Durchgangsbohrungen, in denen je ein
Anschlußbolzen (12) formschlüssig gehalten ist. Das äußere
Ende der Anschlußbolzen (12) durchdringt jeweils ein
begrenzt nachgiebiges Lagerelement (13) am äußeren Umfang
des Membranringes (7). Diese Ausbildung ermöglicht ein
Ausbiegen des Membranringes (7) in axial
entgegengesetzten Richtungen, ohne daß die Gefahr von
Querbeanspruchungen der Anschlußbolzen (12) bzw. des
Mitnehmerringes (6) besteht. Die beiden Hälften (2, 3)
des elastischen Ring-Zwischengliedes (4) bestehen bei dem
Ausführungsbeispiel aus je vier Segmenten, von denen in
der Seitenansicht in Fig. 2 zwei Segmente (15, 15 a) der
rückwärtigen Hälfte (2) und ein Segment (14) sowie ein
weiteres Segment (14 a) teilweise dargestellt sind. Das
elastische Ring-Zwischenglied (4) hat im Querschnitt die
aus Fig. 1 ersichtliche Trapezform. Eine solche Formgebung
ist bekannt. Sie dient der Einsparung an Gummimaterial
und damit zugleich an Gewicht, angesichts der Tatsache,
daß in den der Drehachse näherliegenden Bereichen des
Gummikörpers die Drehmomentbelastung kleiner ist als in
den radial weiter außenliegenden Bereichen.
Das elastische Ring-Zwischenglied (4) ist aus insgesamt
acht Segmenten (14 bzw. 15) zusammengesetzt, die
untereinander gleich sind. Jedes Segment besteht aus einer
axial außeren Segmentplatte (16), einer axial inneren
Segmentplatte (17) und einem an ihren Innenflächen
anvulkanisierten Gummikörper (18). An den äußeren
Segmentplatten (16) ist außen ein überstehender, auf einem
Kreisabschnitt verlaufender Umfangsrand (19) angeformt,
dessen quer zur Drehachse stehenden Flächen planparallel
zu den Anlageflächen am Mitnehmerring (6) einerseits und
am Flanschring (8) andererseits verlaufen. Zur Verspannung
mit dem Mitnehmerring (6) bzw. dem Flanschring (8) sind
Paßbolzen (20) eingesetzt, die in fluchtenden Bohrungen
in den zu verbindenden Teilen einliegen und zum
Verspannen mit einem Gewindeende und einer Schraubenmutter
ausgerüstet sind. Zur Zentrierung der Segmente sind am
Mitnehmerring (6) und am Flanschring (8) radial
vorstehende Ringschultern (21 bzw. 22) angeformt (vgl.
Fig. 1).
Die inneren Segmentplatten (17) stehen nur an ihren radial
inneren und äußeren Rändern miteinander in Berührung.
Hier sind ringförmige planparallele äußere und innere
Anlageflächen (23, 24) vorhanden. Die gegenseitige
Verspannung erfolgt nur an den äußeren Anlageflächen
(23), wobei im Bereich dieser Anlageflächen (23) in der
Umfangsrichtung aufeinanderfolgende achsparallele
Durchgangsbohrungen (25) vorgesehen sind, in denen
Spannschrauben (26) formschlüssig gehalten sind.
Zwischen der inneren Anlagefläche (23) und der äußeren
Anlagefläche (24) ist in der Wandung jeder Segmentplatte
(17) eine großflächige Vertiefung (27) enthalten, die sich
von einer radialen Stirnkante zur entgegengesetzten
radialen Stirnkante der Segmentplatte (17) erstreckt. In
ihrer Mitte ist die äußere Anlagefläche (23) durch einen
Einschnitt (31) unterbrochen, der die Vertiefung (27) bis
zur Umfangskante verlängert.
An der inneren Umfangskante der Segmentplatten (17) sind
radial vorstehende Stege (28) angeformt, deren freie
Außenflächen auf einer gemeinsamen, zur Nabe (1)
konzentrischen Kreislinie liegen. Über diese Stege (28)
sind die Segmente (2, 3) des elastischen Ring-Zwischengliedes
(4) radial an der Nabe (1) abgestützt. Dabei ist zwischen
der Nabe (1) und den Stegen (28) eine Lagerbüchse (29)
angeordnet, die in einer Umfangsnut der Nabe (1)
eingelassen und somit axial unbeweglich ist. Aufgabe der
Lagerbüchse (29) ist es, die Gleitbeweglichkeit der Stege
(28) bei Relativbewegungen zwischen den beiden starren
Kupplungsteilen (1 und 8) sowohl in axialer Richtung als
auch im Drehsinne zu verbessern.
Die Segmente (14 bzw. 15) der beiden Hälften (2 bzw. 3)
des elastischen Ring-Zwischengliedes sind in einer um die
halbe Segmentteilung gegeneinander versetzten Lage
miteinander verspannt. Auf diese Weise wird ohne zusätzliche
Stützringe ein in sich geschlossener starrer Ring gebildet.
An den Stoßstellen der Segmente (14 bzw. 15) ist jeweils
ein radialer Stirnspalt (30) freigelassen durch den außen
Luft in die in der Umfangsrichtung der Segmente verlaufenden
Kanäle eindrigen kann, die durch die großflächigen
Vertiefungen (27) gebildet werden. Während des Betriebes
der Kupplung wird diese Luft infolge den Fliehkraft durch
die Austrittsschlitze an den Einschnitten (31) in der
Mitte der inneren Segmentplatten (17) nach außen
geschleudert, so daß eine Zwangsströmung entsteht, die eine
gute Kühlung der inneren Segmentplatten (17) und damit der
an diesem befestigten Gummikörper (18) bewirkt.
Zur Vermeidung thermischer Überbeanspruchungen der
Gummikörper (18) ist im Gummikörper jedes Segmentes ein
Fenster (32) in der aus Fig. 2 ersichtlichen
Querschnittsform freigelassen. Jedes einzelne Fenster
(32) erstreckt sich mit seinen konzentrisch zur
Drehachse verlaufenden Wandungen (33) und den endseitigen
Wandungen (34) über die axiale Stärke des Gummikörpers
(18). Eine Fortsetzung findet das Fenster (32) in der
jeweils äußeren und inneren Segmentplatte (16, 17), die
deckungsgleiche Durchbrechungen (35, 35 a) enthalten.
Wie die Fig. 1 zeigt, hat der Abschnitt des Gummikörpers
auf der radial äußeren Seite des Fensters (32) eine
geringere radiale Stärke als der innenliegende Abschnitt
des Gummikörpers. Dies hängt damit zusammen, daß die
radiale Lage eines Fensters (32) so gewählt wird, daß
in den Kernbereichen der beiden an das Fenster
angrenzenden Abschnitte des Gummikörpers (18) während
des Betriebes der Wellenkupplung etwa gleiche Temperaturen
vorliegen.
Dadurch, daß die Gummikörper (18) der einzelnen Segmente
Fenster (32) enthalten, entstehen in Achsrichtung
verlaufende Kanäle, die sich von einer Stirnseite bis zur
anderen Stirnseite des elastischen Ring-Zwischengliedes
(4) erstrecken und durch die während des Betriebes der
Wellenkupplung Kühlluft strömen kann. Diese bewirkt eine
zusatzliche Kühlung der Gummikörper (18) in den Bereichen,
die das Fenster (32) begrenzen. Zugleich wird hierdurch
eine bessere Entlüftung des Raumes zwischen der
elastischen Wellenkupplung und dem benachbarten
Schwungrad erzielt.
Dies ist vor allem dann äußerst wichtig, wenn das
Schwungrad topfförmig ausgebildet ist und die
Wellenkupplung den Innenraum ganz oder teilweise
abschließt. Infolge dieser Ausgestaltung herrschen in dem
Raum zwischen Wellenkupplung und Boden des Topfes relativ
hohe Temperaturen. Dies bedeutet, daß die Schwungradseite
einer elastischen Wellenkupplung in der Regel thermisch
höher belastet ist als die entgegengesetzte
freiliegende Seite. Bei einer solchen konstruktiven
Ausbildung des Schwungrades kann nun Dank der erwähnten
axial verlaufenden Kanäle im Bereich des elastischen
Ring-Zwischengliedes der innenliegende Raum wirksam
entlüftet werden und damit die thermische Belastung
der Schwungradseite der Wellenkupplung entsprechend
verringert werden.
Claims (3)
1. Elastische Wellenkupplung, insbesondere für
dieselmotorische Antriebe, bei der ein starrer
primärer und ein starrer sekundärer Kupplungsteil
durch wenigstens ein elastisches Ring-Zwischenglied
in einteiliger oder mehrteiliger Ausführung
miteinander verbunden sind, wobei das elastische
Ring-Zwischenglied aus axial oder radial äußeren
einteiligen oder mehrteiligen metallischen Ringscheiben
oder Büchsen und einem an ihren Innenflächen
anvulkanisierten einteiligen oder mehrteiligen Körper
aus Gummi oder dergleichen besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gummikörper (18) im radial
mittleren Bereich ein in Umfangsrichtung entlang einer
Kreislinie durchgehendes oder in aufeinanderfolgenden
Abschnitten aufgeteilte Fenster (32) aufweist, welche
sich mit ihren Wandungen (33) koaxial über die
ganze axiale Stärke des Gummikörpers (18) erstrecken,
und daß in den metallischen Ringscheiben an das bzw.
die Fenster anschließende Durchbrechungen (35, 35 a)
enthalten sind.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, bei der das
elastische Ring-Zwischenglied aus einer Anzahl gleicher,
in Umfangsrichtung dicht aufeinanderfolgender Segmente
zusammengesetzt ist und jedes Segment aus axial äußeren
metallischen Segmentplatten und einem inneren
Gummikörper besteht, wobei der Gummikörper in einer
axialen Ebene einen trapezförmigen Querschnitt mit
radial nach außen zunehmender Breite hat, dadurch
gekennzeichnet, daß im Gummikörper (18) jedes Segments
wenigstens ein Fenster (32) enthalten ist, dessen Enden
(34) jeweils in der Nähe der radialen Endflächen des
Segments (14 bzw. 15) enden und daß in den beiden
Segmentplatten jedes Segments (14 bzw. 15) je eine mit
dem Fenster (32) im Gummikörper (18) deckungsgleiche
Durchbrechung (35 bzw. 35 a) enthalten ist.
3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die radiale Lage der Fenster (32)
so gewählt ist, daß in den Kernbereichen der beiden an
das Fenster angrenzenden Abschnitte des Gummikörpers
(18) während des Betriebes der Wellenkupplung etwa
gleiche Temperaturen vorliegen.
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