DE3734089A1 - Biegsame welle-kupplung zur uebertragung hoher drehmomentlasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten, die zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle einer beliebigen industriellen Maschine, bei Kraftfahrzeugen und dergleichen montiert ist, um Drehmomente zu übertragen und die Abweichungen zwischen den Wellen aufzunehmen.

Es wird auf den Stand der Technik Bezug genommen

Bei einer biegsamen Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten, die beispielsweise an Antriebswellen und dergleichen von Kraftfahrzeugen angebracht wird, ist eine Kupplung gemäss der anliegenden Fig. 4 bekannt. Diese Kupplung ist aus zylindrischen antriebsseitigen Verbindungselementen (3) aufgebaut, die Bolzen (2) aufnehmen, die am Schaftende einer Antriebswelle (1) befestigt sind, die einer motorseitigen Ausgangswelle entspricht, sowie zylindrische abtriebsseitige Verbindungselemente (6), die Bolzen (5) aufnehmen, die mit dem Schaftende einer Abtriebswelle (4) verbunden sind, die einer Kardanwelle entspricht, wobei beide abwechselnd paarweise längs des Umfangs der Kupplung verteilt sind. Paare benachbarter Verbindungselemente (3, 6) sind verbunden, indem um sie endlose Gürtel (8) aus elastischen Faserbündeln geschlungen werden, die durch Aufwickeln von Verstärkungssträngen (7) aus Polyestergarnen in mehreren Auflagen und mehreren Reihen gebildet werden und ferner umfangsseitig mit einer Kautschukmasse oder Kunstharzmasse (9) beschichtet sind, wodurch sie einstückig zu einer ringförmigen Kupplung mit rechteckförmigem Querschnitt geformt werden. Um ein Reiben der aufgewickelten Abschnitte der Faserbündel gegeneinander und eine Störung der aufgebrachten Anordnung der Verstärkungsstränge (7) zu verhindern, sind Kragen (10), die in Gestalt einer Scheibe mit L-förmigem Querschnitt gepresst sind, mit Presssitz aufgebracht und werden am Aussenumfang der antriebsseitigen Verbindungselemente (3) und der abtriebsseitigen Verbindungselemente (6) gehalten.

Derartige Arten von Kupplungen sind beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 56-35 539 (1981), der (nicht geprüften) japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 59-1 46 623 (1984), etc. angegeben.

Bei den biegsamen Wellen mit dem bekannten, vorausgehend aufgeführten Aufbau werden, falls hohe Lasten auf die Gürtel (8) der Faserbündel einwirken, infolge der Lastschwankungen an der Antriebswellenseite (4) die Bündel der Verstärkungsstränge (7) in Radialrichtung zusammengedrückt und in Axialrichtung ausgebreitet und bewegen dabei die Kragen (10) nach aussen, wodurch die Anordnung der Verstärkungsstränge (7) gestört und diese entspannt werden. Sie waren somit beeinträchtigt, da die Strangfestigkeit vermindert und der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung verschlechtert ist.

Falls ferner die Anordnung der Verstärkungsstränge (7), die die Gürtel (8) der Faserstrangbündel darstellen, geändert wurde, ist zu erwarten, dass die Verstärkungsstränge (7) gegeneinander infolge der Drehmomentänderungen reiben. Daher mussten die vorhandenen biegsamen Kupplungen frühzeitig ausgesondert werden.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Schwierigkeiten zu überwinden, welche durch die bekannten biegsamen Kupplungen zur Übertragung von höheren Drehmomentlasten bereitet worden sind.

Entsprechend ist die Erfindung auf eine Verbesserung einer biegsamen Kupplung der vorausgehend erwähnten Bauart gerichtet und es liegt ihr in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine biegsame Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten zu schaffen, bei welcher Verstärkungsstränge, die endlose Gürtel aus Faserbündeln bilden, vor einer Störung ihrer Lage geschützt sind, indem spulenförmige Kragen, die beide stirnseitige Flansche aufweisen, am Aussenumfang der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente befestigt werden, so dass die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel in ringförmigen trogähnlichen Hohlräumen der durch die Flansche gebildeten Kragen aufgenommen und gehalten werden.

Zur Lösung der vorausgehend genannten Aufgabenstellung betrifft die Erfindung eine biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten, mit antriebsseitigen, zylindrischen Verbindungselementen und abtriebsseitigen, zylindrischen Verbindungselementen, die paarweise abwechselnd und in gleichem Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, endlosen Gürteln aus Faserbündeln, die jeweils Paare benachbarter antriebsseitiger Verbindungselemente und abtriebsseitiger Verbindungselemente umgeben und miteinander verbinden, und einer elastomeren Masse, die die Verbindungselemente mit den Faserbündelgürteln aufnimmt.

Die biegsame Welle-Kupplung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass spulenartige Krägen am Aussenumfang der antriebsseitigen Verbindungselemente und der abtriebsseitigen Verbindungselemente befestigt sind, dass jeder Kragen einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr und aus an den gegenüberliegenden Enden desselben liegenden Flanschen gebildet wird, die auf diese Weise einen ringförmigen Hohlraum mit U-förmigem Querschnitt bilden, der durch die Flansche und das Rohr begrenzt wird und dass aufgewickelte Abschnitte der Faserbündelgürtel in den Hohlräumen der Krägen aufgenommen und gehalten werden.

Die auf diese Weise aufgebaute biegsame Kupplung dient zur Kraftübertragung, während eine Abweichung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bei ihrer Befestigung an der Antriebswelle und Abtriebswelle aufgenommen wird, wobei die antriebsseitigen Verbindungselemente mittels Bolzen am Ende der Antriebswelle und die abtriebsseitigen Verbindungselemente mittels Bolzen am Ende der Abtriebswelle befestigt sind. Wenn dabei hohe Belastungen auf die Faserbündelgürtel einwirken, die die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente verbinden und die Verstärkungsstränge, welche die Faserbündelgürtel bilden, dazu tendieren, sich in Breitenrichtung der Gürtel auszudehnen, können die Flansche an beiden Enden der Kragen die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel fest eingeklemmt halten, um ihre Verformung zu verhindern, so dass der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung der biegsamen Kupplung zufriedenstellend aufrechterhalten bleibt. Ferner wird die Lebensdauer der Kupplung beträchtlich erhöht, da eine Unordnung in der Anordnung der Verstärkungsstränge verhindert und eine gegenseitige Reibung zwischen den Verstärkungssträngen infolge der endseitigen Flansche erschwert wird.

In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Grundriss, geschnitten,

eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3(a)-(d) Teil-Aufrissdarstellungen, geschnitten, von weiteren Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemässen biegsamen Kupplung, und

Fig. 4 eine Aufrissdarstellung, geschnitten, eines Ausführungsbeispiels einer bekannten biegsamen Kupplung zur Übertragung eines hohen Drehmomentes.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anschliessend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

In einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine biegsame Kupplungsanordnung (11) einstückig in Gestalt eines Ringes hergestellt, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, indem eine Anzahl, beispielsweise drei, zylindrischer, antriebsseitiger Verbindungselemnete (12), die an einem (nicht dargestellten) Joch der Antriebswellenseite befestigt sind, und eine Anzahl, beispielsweise drei, zylindrischer, abtriebsseitiger Verbindungselemente (13), die an einem (nicht dargestellten) Joch der Abtriebswellenseite befestigt sind, im gleichen Abstand voneinander abwechselnd längs eines konzentrischen Umfanges der Kupplungsanordnung angeordnet werden, Paare benachbarter, antriebsseitiger Verbindungselemente (12) und abtriebsseitiger Verbindungselemente (13) mit endlosen Gürteln (15) umwickelt und verbunden werden, die aus Faserstrangbündeln bestehen, die durch Aufwickeln von Verstärkungssträngen (14) beispielsweise Polyestergarnen in mehreren Auflagen und mehreren Reihen in Form einer Schleife gebildet werden und indem die Verbindungselemente zusammen mit den Faserbündelgürteln (15) in einem elastomeren Werkstoff (16), beispielsweise Kautschuk oder Kunstharz, derart eingebracht werden, dass mittige Öffnungen der Verbindungselemente (12, 13) nach aussen freiliegen.

Das Bezugszeichen (17) bezeichnet Krägen, die mit Presssitz auf dem Aussenumfang der antriebsseitigen Verbindungselemente (12) und der abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) an beiden Enden derselben aufgebracht sind und die einen wesentlichen Teil der Erfindung darstellen. Die Krägen (17) sind spulenförmig ausgebildet und jeweils einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr (18) aufgebaut, das am Aussenumfang der Verbindungselemente (12, 13) befestigt ist, sowie aus Flanschen (19, 19′), die sich senkrecht von beiden Enden des Rohres wegerstrecken, womit ein Hohlraum (20) von U-förmigem Querschnitt gebildet wird, der von den Flanschen (19, 19′) und dem Rohr (18) umgeben ist. In den Hohlräumen (20) der Krägen (17) werden die aufgewickelten Abschnitte der Fasergürtel (15) eingesetzt und gehalten.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen (21) eine innere Hülse, die in die mittigen Öffnungen der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente (12, 13) eingesetzt ist, und das Bezugszeichen (22) bezeichnet einen aufgebohrten Abschnitt, der in der Mitte der biegsamen Kupplungsanordnung (11) angebracht ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Arten von Gürteln verwendet, die eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen, wovon jener mit einer kleineren Querschnittsfläche an den beiden Seiten des anderen Gürtels mit einer grösseren Querschnittsfläche angeordnet ist und die Krägen (17) sind zwischen den Verbindungselementen (12, 13) und den Gürteln (15) mit kleinerer Querschnittsfläche befestigt. Daher werden die Faserbündelgürtel (15) mit grösserer Querschnittsfläche im zentralen Bereich durch die axial äusseren Seiten der Flansche (19, 19′) der Krägen (17) an ihrem Platz gehalten, so dass deren Verstärkungsstränge (14) davor geschützt sind, in Unordnung zu geraten.

Die Art, in welcher die Krägen befestigt und die Gürtel (15) der Faserbündel aufgewickelt werden, ist nicht auf das vorausgehend aufgeführte Beispiel beschränkt und es sind verschiedene Abänderungen des Aufbaus gemäss Fig. 3 möglich.

Beispielsweise ist gemäss einem weiteren, in Fig. 3(a) dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kragen (17′) mit längerer axialer Abmessung auf dem Verbindungselement (12, 13) derart aufgebracht, dass er zwischen Krägen (17, 17) mit kürzerer axialer Abmessung liegt und die Gürtel (15) sind um die Krägen (17, 17, 17′) aufgewickelt.

Gemäss einem weiteren in Fig. 3(b) dargestellten Ausführungsbeispiel sind Krägen (17, 17) gleicher Länge mit Presssitz aneinander anliegend aufgebracht und die Gürtel (15, 15) aus Faserbündeln mit gleicher Querschnittsfläche sind um die Krägen (17, 17) aufgewickelt. In den beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 3(a) und der Fig. 3(b) bilden die Flansche (19, 19′) benachbarter Krägen (17, 17′) oder (17, 17) einen Doppelflansch und sind in Axialrichtung zusammengefügt.

In jenem Fall, wo sich die Krägen (17), die zwei Endflansche (19, 19′) aufweisen, wie in Fig. 3(a) in der mittigen Zone des Verbindungselementes (12, 13) befinden, ist es jedoch möglich, an beiden Seiten des Kragens (17) einen weiteren Kragen (17′′, 17′′) anzuordnen, der einen L-förmigen Querschnitt aufweist und der nur einen Endflansch an der axial äusseren Seite gemäss Fig. 3(c) oder der axial inneren Seite gemäss Fig. 3(d) aufweist, damit die Gürtel (15) um die Krägen in deren Hohlräumen (20) (Fig. 3(c)) aufgewickelt werden oder damit die Gürtel (15) um die Zwischenräume zwischen dem zweiflanschigen Kragen (17) und dem einflanschigen Kragen (17′′) aufgewickelt werden, die von den Flanschen (19, 19′) und dem Verbindungselement (12, 13) begrenzt werden, sowie ferner, um die Hohlräume (20) (Fig. 3(d)). In ähnlicher Weise ist es ebenfalls möglich, jeden der zweiflanschigen Krägen (17, 17) durch einen einflanschigen Kragen (17′′) zu ersetzen, der nur einen äusseren Flansch aufweist und einen L-förmigen Querschnitt hat.

In den Fig. 1 bis 3 sind gleiche Teile und gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Zum Gebrauch wird die auf diese Weise aufgebaute biegsame Kupplung montiert, indem die antriebsseitigen Verbindungselemente (12) über Bolzen mit dem Joch der Antriebswelle und die abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) über Bolzen mit dem Joch der Abtriebswelle verbunden werden.

Drehmomentbelastungen der Antriebswellenseite werden über die antriebsseitigen Verbindungselemente (12), die Faserbündelgürtel (15) und die abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) zur Abtriebswelle übertragen. Wirken infolge von Lastschwankungen an der Abtriebswellenseite hohe Belastungen auf die Faserbündelgürtel (15) ein, so unterliegen die Verstärkungsstränge (14), die die Fasergürtel (15) bilden, in den aufgewickelten Abschnitten, um die Verbindungselemente (12, 13) radial einwärts gerichteten Kräften und infolgedessen tendieren die Faserbündel dazu, sich in Breitenrichtung auszubreiten. Dabei halten die mit Presssitz aufgebrachten Krägen (17, 17′), die am Aussenumfang der Verbindungselemente (12, 13) angebracht sind, die aufgewickelten Abschnitte der Faserbündelgürtel mittels der Flansche (19, 19′) von beiden Seiten fest, um dadurch eine Störung der Ordnung der Verstärkungsstränge (14) zu verhindern und die Belastung auf jeden Verstärkungsstrang (14) zu verteilen. Infolgedessen kann der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung der biegsamen Kupplung auf einem guten Wert gehalten werden und eine gegenseitige Reibung zwischen den Verstärkungssträngen (14) wird verringert, wodurch die Lebensdauer der Kupplung merklich verlängert wird.

Somit sieht die vorliegende Erfindung eine biegsame Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten einer Bauart vor, die zylindrische, antriebsseitige und abtriebsseitige Verbindungselemente aufweist, die paarweise im gleichen Abstand und abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind, endlose Gürtel aus Faserbündeln, die um Paare benachbarter, antriebsseitiger und abtriebsseitiger Verbindungselemente gewickelt sind und diese verbinden, sowie eine elastomere Masse, beispielsweise eine Kautschuk- oder Kunstharzmasse, die die Verbindungselemente und die Gürtel aufnimmt. Die Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass spulenartige Krägen jeweils an ihren beiden Enden Flansche aufweisen, am Aussenumfang der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente angebracht sind und in ihren Hohlräumen die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel aufnehmen und halten, so dass die aufgewickelten Gürtel durch die Flansche von beiden Seiten zusammengedrückt werden. Infolge dieses Aufbaus wird selbst bei der Einwirkung hoher Lasten auf die Faserbündelgürtel keine Unordnung oder Entspannung der die Gürtel bildenden Verstärkungsstränge verursacht und die Lasten werden gleichförmig auf die jeweiligen Verstärkungsstränge verteilt. Infolgedessen wird ein hoher Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung erzielt und es wird nicht nur die Lebensdauer der Faserbündel erhöht, da keine Reibung zwischen den Verstärkungssträngen in den aufgewickelten Abschnitten auftritt, sondern auch die Lebensdauer des elastomeren Elementes ist erhöht.

Claims (4)

1. Biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten, mit antriebsseitigen, zylindrischen Verbindungselementen (12) und abtriebsseitigen, zylindrischen Verbindungselementen (13), die paarweise abwechselnd und in gleichem Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, endlosen Gürteln (15) aus Faserbündeln, die jeweils Paare benachbarter antriebsseitiger Verbindungselemente und abtriebsseitiger Verbindungselemente umgeben und miteinander verbinden, und einer elastomeren Masse (16), die die Verbindungselemente zusammen mit den Faserbündelgürteln aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass spulenartige Krägen (17) am Aussenumfang der antriebsseitigen Verbindungselemente und der abtriebsseitigen Verbindungselemente befestigt sind, dass jeder Kragen einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr (18) und aus an den gegenüberliegenden Enden desselben liegenden Flanschen (19, 19′) gebildet wird, die auf diese Weise einen ringförmigen Hohlraum (20) mit U-förmigem Querschnitt bilden, der durch die Flansche und das Rohr begrenzt wird und dass aufgewickelte Abschnitte der Faserbündelgürtel in den Hohlräumen der Krägen aufgenommen und gehalten werden.

2. Biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden stirnseitige Flansche aufweisenden Kragen (17) auf den antriebsseitigen Verbindungselementen (12) und den abtriebsseitigen Verbindungselementen in beiden Endabschnitten derselben befestigt sind.

3. Biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Krägen, die jeweils beide stirnseitige Flansche aufweisen, auf den antriebsseitigen Verbindungselementen (12) und den abtriebsseitigen Verbindungselementen (13) über die gesamte axiale Länge derselben befestigt sind.

4. Biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündelgürtel (15) als Schleife ausgebildet sind, indem Verstärkungsstränge (14) aus Polyestergarn in mehrfachen Auflagen und mehrfachen Reihen aufgewickelt sind.