DE3710390C2 - Elastische Wellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung, insbesondere für dieselmotorische Antriebe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Wellenkupplung ist aus der DE-OS 34 34 722 bekannt.

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.

Um die Erwärmung einer Wellenkupplung zu begrenzen, sind Lösungen bekannt, die darauf abzielen, die Wärmeabfuhr zu verbessern. So hat man bei einer drehelastischen Stufenkupplung mit zwei konzentrischen elastischen Zwischengliedern, die zur Übertragung des Drehmoments hintereinander geschaltet sind, einen Kranz mit Lüfterschaufeln vorgesehen, mittels dessen Kühlluft in den Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen gedrückt wird (DD 33 199). Bei einer aus der DE-OS 20 20 179 bekannten elastischen Wellenkupplung ist das aus einem einteiligen Gummiring bestehende elastische Glied als eine Art axiales Gebläselaufrad ausgebildet. Dabei hat der Gummiring im wesentlichen die Gestalt eines Speichenrades, wobei die Speichen zu einer Verwirbelung der Luft und einem guten Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft beitragen sollen.

Mit den bislang üblichen Maßnahmen zur Wärmeabfuhr ist ein bestimmtes Niveau thermischer Belastbarkeit erreichbar, welches jedoch 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 der eingangs erwähnten Art eine Ausgestaltung vorzusehen, durch die bei gegebenen mechanischen Eigenschaften eine wesentlich höhere thermische Belastungsfähigkeit erreichbar ist, wobei es insbesondere bei Gummikörpern mit größeren Abmessungen möglich sein soll, eine unzulässig hohe Erwärmung im Kernbereich des Gummikörpers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das vorgeschlagene 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.

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, 15a) der rückwärtigen Hälfte (2) und ein Segment (14) sowie ein weiteres Segment (14a) 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 äußeren 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 eindringen kann, die durch die großflächigen Vertiefungen (27) gebildet werden. Während des Betriebes der Kupplung wird diese Luft infolge der 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, 35a) 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 zusätzliche 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 (2)

1. Elastische Wellenkupplung, insbesondere für dieselmotorische Antriebe, bei der je ein starrer Kupplungsteil auf der Antriebs- und Abtriebsseite durch wenigstens ein elastisches Ring-Zwischenglied verbunden sind, welches axial äußere metallische Ringscheiben aufweist, von denen jede aus mehreren Segmenten gebildet ist, wobei an den Innenflächen der Ringscheiben ein elastischer Körper aus Gummi oder dergleichen anvulkanisiert ist, der aus einer gleichen Anzahl Segmenten besteht und in einer axialen Ebene einen trapezförmigen Querschnitt mit radial nach außen zunehmender Breite hat, und wobei das Ring-Zwischenglied in seiner Gesamtheit aus zwei axial spiegelbildlich aneinanderliegenden Ringhälften gebildet ist, bei denen die Segmente der einen Ringhälfte gegenüber den Segmenten der anderen Ringhälfte um die halbe Segmentteilung versetzt sind und die mittigen metallischen Ringscheiben der beiden Ringhälften an ihren aneinanderliegenden Umfangsrändern miteinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Gummikörper (18) jedes Segements (14 bzw. 15) wenigstens ein in Umfangsrichtung entlang einer Kreislinie verlaufendes und über seine axiale Stärke sich erstreckendes Fenster (32) enthalten ist, dessen gebogene Wandungen (33) etwa koaxial verlaufen und dessen Enden (34) jeweils in der Nähe der radialen Endflächen des Segments (14 bzw. 15) enden und daß in jeder der beiden metallischen Segmentplatten (16, 17) eines Segments (14 bzw. 15) je eine mit dem anstehenden Fenster (32) im Gummikörper (18) deckungsgleiche Durchbrechung (35 bzw. 35a) enthalten ist.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Lage der Fenster (32) in den Segmenten so gewählt ist, daß in den radial inneren und äußeren Kernbereichen der beiden an das Fenster (32) angrenzenden Abschnitte des Gummikörpers (18) während des Betriebes der Wellenkupplung etwa gleiche Temperaturen auftreten.