DE3843496C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der EP 00 43 887B1 ist eine Kupplung der genannten Art bekannt, bei der die Gummielemente aus zwei keilförmigen, zwischen zwei äußeren Metallteilen einvulkanisierten Gummiblöcken mit einem dazwischen einvulkanisierten weiteren Metallteil bestehen. Die Gummiblöcke haben einen gekrümmten oder V-förmigen Querschnitt, um eine in der Querrichtung auftretende Schubspannung möglichst gering zu halten. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß die zuverlässige Verlagerung der beiden Wellen zueinander verhältnismäßig klein ist.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der genannten Art so weiterzubilden, daß größere Verlagerungen als bisher zwischen den beiden Wellen möglich sind.

Dies wird erreicht mit einer elastischen Kupplung, die die Merkmale des Hauptanspruchs aufweist. Es wurde festgestellt, daß die größte Belastung der Gummielemente in den Außenbereichen der Gummiblöcke auftritt. Durch die erfindungsgemäße Formgebung der äußeren und inneren Metallteile wird erreicht, daß die Gummiteile unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei die größte Dicke jeweils in den kritischen Außenbereichen vorhanden ist.

Für Einsatzfälle, bei denen z. B. aufgrund der auftretenden Verlagerungen mehr als zwei Gummiteile pro Gummielement vorgesehen werden müssen, kann die Kupplung mit den Merkmalen der Ansprüche 2 oder 3 weitergebildet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen, die insbesondere auf eine Erleichterung der Montage und auf das Aufbringen der Vorspannung zielen, sind in den Ansprüchen 4 bis 8 aufgezeigt.

Zum Anspruch 5 sei angemerkt, daß es bei Gummielementen für Kupplungen der in Rede stehenden Art bekannt ist (US 32 57 826), die gebogenen Metallteile so anzuordnen, daß ihr Abstand von radial innen nach außen zunimmt. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Kupplung, bei der sich die konkav gekrümmten Anlageflächen der Gummielemente radial erstrecken, erstrecken sie sich bei der Kupplung nach der US 32 57 826 in axialer Richtung.

Im Anspruch 9 ist eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Kupplung angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Doppelachsantrieb mit elastischen Kupplungen für ein Schienenfahrzeug im Schnitt von oben gesehen in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 eine Teilansicht einer elastischen Kupplung in Pfeilrichtung II in detaillierterer Darstellung,

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Kupplung nach Fig. 2 in einer geringfügig abgewandelten Ausführung,

Fig. 4 ein Gummielement aus der in Fig. 2 gezeigten Kupplung in einer Ansicht,

Fig. 5 das Gummielement von Fig. 3 in Pfeilrichtung V gesehen,

Fig. 6 eine andere Ausführung eines Gummielements.

An einem in Längsrichtung eines nicht gezeichneten Drehgestells für ein Schienenfahrzeug liegenden Antriebsmotor 1 ist beidseitig je ein Winkelgetriebe angeflanscht, dessen Gehäuse mit 2 bezeichnet ist. Die Kraftübertragung vom Motor 1 auf eine Ritzelwelle 4 des Getriebes erfolgt zum Ausgleich von fertigungsbedingten Winkelabweichungen und Achsversetzung zwischen Motor und Getriebe über eine geeignete Kupplung, z. B. eine Zahnkupplung 3. Die Ritzelwelle 4 steht in Eingriff mit einem Tellerrad 5, das drehfest auf einer Hohlwelle 6 angebracht ist, z. B. durch Verschrauben und Verstiften an einer flanschförmigen Erweiterung der Hohlwelle. Die Hohlwelle 6 ist - ebenso wie die Ritzelwelle 4 - mit bekannten und deshalb nicht dargestellten Mitteln drehbar, aber nicht axial verschiebbar im Gehäuse 2 gelagert. Die Hohlwelle ragt beiderseits soweit aus dem Gehäuse heraus, um erste Kupplungshälften 11 von elastischen Kupplungen 7, 8 drehfest und axial nicht verschiebbar aufnehmen zu können. Einzelheiten dieser Kupplung werden später noch beschrieben. Zugehörige zweite Kupplungshälften 19 sitzen, ebenfalls drehfest und axial nicht verschiebbar, auf einer Radsatzachse 9. Diese Radsatzachse ist durch die Hohlwelle 6 hindurchgeführt und trägt an ihren Enden Antriebsräder 10 des Schienenfahrzeugs. Im entlasteten Zustand ist zwischen der Innenwandung der Hohlwelle 6 und der Mantelfläche der Radsatzachse soviel radiales Spiel wie für die Durchfederung der Antriebseinheit unter Berücksichtigung ihres Gewichtes und der im Fahrbetrieb auftretenden Massenbeschleunigung einerseits und der Federungsmöglichkeiten der Gummigelenkkupplung andererseits erforderlich ist, zuzüglich einer bestimmten Sicherheit. Die Lagerung des Radsatzes im Drehgestellt ist ebensowenig dargestellt wie eine ggf. zwischen einer Gummigelenkkupplung auf jeder Radsatzachse und dem benachbarten Antriebsrad 10 angeordnete Scheibenbremse. Diese Elemente sind bekannt und für die Erfindung nicht von Bedeutung.

Einzelheiten der Kupplungen 7, 8 gehen aus den Fig. 2 und 3 hervor. An der nur angedeuteten Hohlwelle 6 ist eine erste Kupplungshälfte 11 drehfest und axial nicht verschiebbar befestigt, z. B. mit einer Stirnzahnkupplung 13. Von ihrer Nabe ragen Arme 12 radial nach außen.

Eine zweite Kupplungshälfte 19 ist drehfest und axial nicht verschiebbar auf der Radsatzachse 9 aufgebracht, z. B. mit einem Preßsitz. Erste und zweite Kupplungshälften 11, 19 sind im wesentlichen rotationssymmetrische Teile, die axial zueinander angeordnet sind. Dabei liegen die Arme 12 und sich von der zweiten Kupplungshälfte 19 radial nach außen erstreckende Arme 20 abwechselnd hintereinander. Zwischen den Armen 12, 20 sind Gummielemente 15 angeordnet (Fig. 2), auf die noch eingegangen wird. Auf äußeren Flächen 18 der Arme 12, 20 sind Haltestücke 17 aufgesetzt, die mit Schrauben 16 gehalten sind. Mit den Haltestücken 17 werden die Gummielemente 15 vorgespannt und festgehalten.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Gummielement 15 dargestellt, das aus zwei äußeren Metallteilen 21, 22, zwei inneren Metallteilen 23, 24 und einem mittleren Metallteil 25 sowie dazwischen einvulkanisierten Gummiteilen 26, 27, 28, 29 besteht. Die beiden äußeren, wie die anderen Metallteile 23, 24, 25 vorzugsweise aus Blech gefertigten Metallteile 21, 22 sind auf ihren den Gummiteilen 26, 29 abgewendeten Seite konkav gewölbt mit einem Radius R 1. Das mittlere Metallteil 25 ist gerade und die beiden inneren Metallteile 23, 24 sind gleichsinnig wie die äußeren Metallteile 21, 22 gewölbt, jedoch mit einem gegenüber dem Radius R 1 größeren Radius R 2. Die äußeren Metallteile 21, 22 sind um einen Winkel α zueinander geneigt und auch die inneren Metallteile 23, 24 sind zueinander geneigt. Da n = 4 Gummiteile 26 bis 29 vorhanden sind, schließen jeweils zwei benachbarte Metallteile, z. B. 23 und 25, einen Winkel ein.

Die äußeren Metallteile 21, 22 liegen mit ihren konkaven Flächen 30, 31 an den entsprechend konvex geformten Flächen 32, 33 der Arme 12, 20 an. Die Flächen 32, 33 jedes Armes 12, 20 sind um einen Winkel β so zueinander geneigt, daß die einander zugewendeten Flächen 32, 33 zweier benachbarter Arme 12, 20 den Winkel α einschließen, der zwischen den äußeren Metallteilen 21, 22 vorhanden ist. Zwischen den Winkeln α und β besteht somit die Beziehung

worin z für die Anzahl der Arme 12, 20 steht. Dank der zueinander geneigten Flächen können die Gummielemente leicht in radialer Richtung eingebaut werden und es kann ohne komplizierte Vorrichtungen, nur mit den Haltestücken 17 oder damit vergleichbaren Hilfsteilen, die erforderliche Vorspannung aufgebracht werden. Die Höhe der Vorspannung wird durch das Übermaß der Gummielemente 15 gegenüber der Distanz zwischen den Flächen 32 und den Flächen 33 bestimmt. Beide Maße können der gewünschten Vorspannung entsprechend in der Fertigung berücksichtigt werden. Was hier zum Winkel α und zur Vorspannung gesagt ist, gilt in gleichem Sinne auch für die weiter unten noch genannten anderen Ausführungen der Gummielemente und die Befestigung mittels Spannkeil.

Die äußeren Metallteile 21, 22 umgreifen mit zungenartigen Vorsprüngen 34 partiell die Arme 12, 20. Bei der Montage der Gummielemente 15 ragen die Oberkanten 42 der Zungen 34 noch über die äußeren Flächen 18 der Arme 12, 20. Erst wenn die Schrauben 16 angezogen werden, drücken die auf den Oberkanten 42 aufliegenden Haltestücke 17 die Gummielemente 15 radial so weit in den konischen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Armen 12, 20, bis die Haltestücke 17 auch auf den Flächen 18 aufsitzen. Infolge der zueinander geneigten Anlageflächen 30, 31 bzw. 32, 33 wird dabei die erforderliche Vorspannung in den Gummiteilen erzeugt.

Bei jeder Kupplung 7, 8 im Anwendungsbeispiel nach Fig. 1 sollte jede Kupplungshälfte 11, 19 mindestens 3 Arme 12, 20 aufweisen, was sechs Gummielemente 15 bedeutet. Andernfalls würde ein Großteil des Gewichtes des Antriebsaggregates und der Massenbeschleunigung im Fahrbetrieb als Schubbelastung auf die Gummielemente angreifen. Eine Schubbelastung führt zum Ablösen des Gummis von den Metallteilen und zu einer raschen Zerstörung der Gummielemente selbst. Um eine Schubbelastung möglichst weitgehend auszuschalten werden bei Fig. 2 und 3 sogar zehn Gummielemente 15 pro Kupplung 7, 8 verwendet.

Die Gummiteile 26 bis 29 haben in Rotationsrichtung betrachtet, in der Mitte einen dünneren Querschnitt als in den Randbereichen. Diese spezielle Formgebung ermöglicht die Aufnahme relativ großer Verlagerungen, insbesondere Winkelverlagerungen, zwischen den beiden elastisch miteinander gekuppelten Wellen 6, 9 ohne Gefahr einer raschen Überlastung der Gummiteile.Wegen der größeren Dicke in den Randbereichen sind die Gummiteile dort, wo wegen des Wellenversatzes eine stärkere Verformung auftritt, weicher als dort, wo nur geringe Verformungen auftreten, also im mittleren Bereich.

Die Werkstoffeigenschaften der Gummiteile 26 bis 29 und ihre Abmessungen sind den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt, ebenso die Anzahl der Gummiteile pro Gummielement. Fig. 6 zeigt ein Gummielement 35 mit nur drei Gummiteilen 36, 37, 38 und zwei inneren Metallteilen 39, 40 zwischen den äußeren Metallteilen 21, 22. Hier ist also kein mittleres Metallteil vorhanden, die Gummiteile sind dicker als beim Beispiel nach Fig. 4 und die Krümmung der inneren Metallteile hat einen Radius R 3 < R 2.

Außer mit vier Gummiteilen wie in Fig. 4 und 5 oder mit drei Gummiteilen wie in Fig. 6 können die Gummielemente sinngemäß auch mit mehr (Gummielement 41 in Fig. 3) oder auch mit weniger Gummiteilen ausgeführt werden. Es ist auch möglich, die konvexen Flächen 32, 33 an den Armen 12, 20 parallel zu machen, d. h. der Winkel β wäre dann 0° und der Winkel α wäre gleich . Damit würde aber der Winkel α so groß, daß die angestrebte Vorspannung im eingebauten Zustand mit den Haltestücken 17 kaum noch aufzubringen wäre. Anstatt die Kupplungshälften 11, 19 mit zueinander geneigten Anlageflächen 32, 33 an ihren Armen 12, 20 herzustellen, was fertigungstechnisch einigen Aufwand erfordert, und auf die Arme 12, 20 die Haltestücke 17 aufzuschrauben, ist es auch möglich, die Arme nur als relativ niedere Leisten 44, 45 auszuführen, auf die je ein Spannkeil 46 aufgesetzt und mit den Schrauben 16 befestigt wird (Fig. 3). Die Spannkeile haben einen etwa H-förmigen Querschnitt mit um den Winkel β zueinander geneigten konvexen Flächen 47, 48, die den vorher beschriebenen Anlageflächen 32, 33 der Arme 12, 20 entsprechen. Die untere Ausnehmung 49 ist so auf die Breite der Leisten 44, 45 abgestimmt, daß sie spielfrei von diesen aufgenommen wird. Die obere Ausnehmung 50 bietet Platz für die Köpfe der Schrauben 16 und ist seitlich mit Vorsprüngen 51 versehen, die auf den Oberkanten 42 der Gummielemente 15, 35, 41 aufsitzen.

 1 Antriebsmotor
 2 Getriebegehäuse
 3 Zahnkupplung
 4 Ritzelwelle
 5 Tellerrad
 6 Hohlwelle
 7 elastische Kupplung
 8 elastische Kupplung
 9 Radsatzachse
10 Antriebsrad
11 erste Kupplungshälfte
12 Arm
13 Stirnzahnkupplung
14 
15 Gummielement
16 Schraube
17 Haltestück
18 äußere Fläche
19 zweite Kupplungshälfte
20 Arm
21 äußeres Metallteil
22 äußeres Metallteil
23 inneres Metallteil
24 inneres Metallteil
25 mittleres Metallteil
26 Gummiteil
27 Gummiteil
28 Gummiteil
29 Gummiteil
30 konkave Fläche
31 konkave Fläche
32 konvexe Fläche
33 konvexe Fläche
34 Zunge
35 Gummielement
36 Gummiteil
37 Gummiteil
38 Gummiteil
39 inneres Metallteil
40 inneres Metallteil
41 Gummielement
42 Oberkante von 34
43 
44 Leiste
45 Leiste
46 Spannkeil
47 konvexe Fläche
48 konvexe Fläche
49 Ausnehmung
50 Ausnehmung
51 Vorsprung

R 1 Radius von 21, 22
R 2 Radius von 23, 24
R 3 Radius von 39, 40
n Anzahl Gummiteile
z Anzahl von 12 + 20
α Winkel zwischen 21 und 22
β Winkel von 12 bzw. 20

Claims (9)

1. Elastische Kupplung zur Verbindung zweier Wellen, bestehend aus einer auf der einen Welle angeordneten ersten Kupplungshälfte und einer über Gummielemente mit dieser verbundenen, auf der anderen Welle angeordneten zweiten Kupplungshälfte, wobei mehrere von der ersten Kupplungshälfte sich radial nach außen erstreckende Arme und von der anderen Kupplungshälfte ebenso viele sich radial nach außen erstreckende Arme in Umfangsrichtung abwechselnd hintereinander angeordnet sind, zwischen denen die Gummielemente unter Vorspannung eingebracht sind, die an gekrümmten Flächen der Arme anliegen und von auf den Armen befestigten Haltestücken radial gehalten sind, und wobei jedes Gummielement aus mindestens zwei zwischen zwei äußeren Metallteilen einvulkanisierten Gummiteilen mit mindestens einem dazwischen einvulkanisierten inneren Metallteil besteht, und wobei die Anlage an den Armen über die äußeren Metallteile erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die einander zugewendeten Anlageflächen (32, 33) zweier benachbarter Arme (12, 20) in Achsrichtung der Kupplung entgegengesetzt konvex gekrümmt sind,
• b) die Anlageflächen jedes Gummielements (15, 35, 41) bzw. der äußeren Metallteile (21, 22) entgegengesetzt konkav gekrümmt sind, und
• c) die Gummiteile (26-29; 36-38) eines Gummielementes in Rotationsrichtung der Kupplung betrachtet in der Mitte einen geringeren Querschnitt als in den Randbereichen aufweisen.

2. Elastische Kupplung nach Anspruch 1, bei der jedes Gummielement aus einer geradzahligen Anzahl von mehr als zwei Gummiteilen besteht, zwischen denen jeweils ein inneres Metallteil einvulkanisiert ist und an dessen äußeren Gummiteilen je ein äußeres Metallteil anvulkanisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Mitte der Gummiteile (26 bis 29) befindliche mittlere Metallteil (25) eine ebene Platte ist, und das bzw. die zwischen einem äußeren Metallteil (21, 22) und dem mittleren Metallteil (25) befindliche innere Metallteil (23, 24) bzw. befindlichen Metallteile konkav gekrümmt ist bzw. sind, wobei der Krümmungsradius (R 1, R 2) benachbarter Metallteile vom äußeren Metallteil (21, 22) ausgehend zum mittleren Metallteil (25) hin zunimmt.

3. Elastische Kupplung nach Anspruch 1, bei der jedes Gummielement aus einer ungeraden Anzahl von Gummiteilen besteht, zwischen denen jeweils ein inneres Metallteil einvulkanisiert ist und an dessen äußeren Gummiteilen je ein äußeres Metallteil anvulkanisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bezw. die zwischen dem äußeren Metallteil (21, 22) und dem mittleren Gummiteil (37) befindliche(n) innere(n) Metallteil(e) (39, 40) konkav gekrümmt ist bzw. sind, wobei der Krümmungsradius benachbarter Metallteile vom äußeren Metallteil (21, 22) ausgehend zum mittleren Gummiteil (37) hin zunimmt.

4. Elastische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die konvexen Anlageflächen (32, 33) jedes Armes (12, 20) in dessen radialer Erstreckung parallel zueinander verlaufen,
• b) die äußeren Metallteile (21, 22) eines Gummielements (15, 35, 41) um einen Winkel zueinander geneigt sind, wobei z die Anzahl der Arme (12, 20) beider Kupplungshälften (11, 19) ist, und
• c) jeweils zwei benachbarte Metallteile einen Winkel einschließen, wobei n die Anzahl der Gummiteile eines Gummielements (15, 35, 41) ist.

5. Elastische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die konvexen Anlageflächen (32, 33) jedes Armes (12, 20) um einen Winkel β zueinander geneigt sind,
• b) die äußeren Metallteile (21, 22) eines Gummielements (15, 35, 41) um einen Winkel zueinander geneigt sind, wobei z die Anzahl der Arme (12, 20) beider Kupplungshälften (11, 19) ist, und
• c) jeweils zwei benachbarte Metallteile einen Winkel einschließen, wobei n die Anzahl der Gummiteile eines Gummielements (15, 35, 41) ist.

6. Elastische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Armen (12, 20) befestigten Haltestücke bei wenigstens einer der beiden Kupplungshälften (11, 19) als die konvexen, um den Winkel β zueinander geneigten Anlageflächen (32, 33) aufweisende Spannkeile (46) ausgebildet sind, die radial auf die entsprechend kürzeren Arme (Leisten 44, 45) aufgesetzt sind und die Gummielemente (15, 35, 41) in einer vorgespannten Lage halten.

7. Elastische Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Metallteile (21, 22) der Gummielemente (15, 35, 41) die Spannkeile (46) seitlich partiell umgreifen und von den Spannkeilen ausgehende seitliche Vorsprünge (51) an den äußeren Metallteilen (21, 22) aufliegen.

8. Elastische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Metallteile (21, 22) der Gummielemente (15, 35, 41) die Arme (12, 20) seitlich partiell umgreifen und die die Arme (12, 20) seitlich überragenden Haltestücke (17) an den äußeren Metallteilen (21, 22) aufliegen.

9. Elastische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ihre Anwendung bei Schienenfahrzeug-Antrieben zur Verbindung einer Getriebe-Ausgangswelle (Hohlwelle 6) mit einer Radsatzachse (9).