DE4205667C2 - Elastische Gelenkanordnung für Gelenkhebel von Gelenkhebelkupplungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Gelenkan­ ordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise in der Beschreibungseinleitung der AT-PS 260 626 erwähnt ist.

Gelenkhebelkupplungen sind im übrigen in zahlreichen Ausführungen bekannt. Sie können als Kupplungsanordnung zwei Wellen miteinander verbinden oder auch in Doppelanordnung mit einer Zwischenwelle zwischen zwei Wellen Bestandteil einer Gelenkwelle sein. In jedem Falle werden also zwei miteinander zu kuppelnde Teile mittels je wenigstens dreier Gelenkhebel miteinander gekuppelt, wobei je ein Gelenkhebelauge eines Gelenkhebels mittels eines elastischen Lagers an dem einen wie dem anderen Teil angelenkt ist. In der weit überwiegenden Anzahl der Anwendungen verlaufen die Gelenkachsen zur Systemachse parallel, also axial ausgerichtet. Will man, was aus verschiedenen Gründen wünschenswert sein kann, zumindest an einem der Kupplungsteile die Gelenke sekantial, radial oder tangential anordnen, können sich Probleme ergeben. In solchen Fällen ist nämlich das Gummi-Metall-Element so belastet, daß es zusätzlich zu den Drehbewegungen des Gelenkhebels um die Lagerachse und den kardanischen Bewegungen quer dazu auch noch Kräfte in Achsrichtung aufnehmen muß, die aus den auf die Gelenkhebel einwirkenden Fliehkräfte resultieren. Einfache, im wesentlichen zylindrische elastische Gelenke sind in dieser Belastungsrichtung jedoch nicht ohne weiteres stark belastbar, so daß sie einem besonderen Verschleiß unterworfen sind und ihr unzulässig Verformen negative Auswirkungen auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystem haben kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, konstruktiv einfach gestaltete Vorkehrungen zu treffen, die den Einsatz relativ einfach gestalteter elastischer Lager bei erheblich reduzierter Verschleißgefahr gestatten.

Anstatt nun die nachteiligen Folgen der auf den Gelenkhe­ bel einwirkenden Fliehkräfte etwa durch aufwendig ausgebildete Spezialgelenke zu mindern oder vermeiden, löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, daß bei im wesentlichen sekantial am Kupp­ lungsteil angreifendem Anlenkbolzen eine bezüglich der Gelenk­ hebelkupplung sekantiale Abstützung des Gelenkhebels entgegen der betriebsmäßig auf ihn einwirkenden Fliehkräfte mittels ei­ nes axialen Drucklagers vorgesehen ist.

"Im wesentlichen sekantial" bedeutet im Rahmen der Erfin­ dung in erster Linie eine Abgrenzung zu herkömmlichen axialen Anordnungen mit paralleler Ausrichtung zur Systemachse. "Im we­ sentlichen sekantial" kann und soll auch Anordnungen umfassen, die man im technischen Sprachgebrauch mit radial bzw. tangen­ tial bezeichnet. Wesentlich ist, daß die Achsen der Anlenkbol­ zen bzw. der elastischen Lager exakt in Radialrichtung zum System (radial) oder mehr oder weniger dazu parallel versetzt (tangential bzw. sekantial) verlaufen.

Durch das Drucklager wird der Gelenkhebel daran gehindert, den elastischen Körper des Gummi-Metall-Elements in nachteili­ ger Weise in seiner Achsrichtung zu beanspruchen. Zugleich wird verhindert, daß das Gelenkhebelauge in reibenden und somit ver­ schleißbehafteten Kontakt mit der dem Anlenkbolzen zugeordneten Sicherungsscheibe treten kann. Die Erfindung gestattet grund­ sätzlich die Verwendung eines einfachen zylindrischen elasti­ schen Gelenks und beherrscht das Problem dadurch, daß es die auf das Gummielement des Lagers einwirkenden nachteiligen Kräfte mit Hilfe des Drucklagers abfängt.

Zwar zeigt die DE 29 20 074. C2 eine Gelenkhebelkupplung mit im wesentlichen sekantial am Kupplungsteil angreifenden Anlenkbolzen, doch verfügt diese Gelenkanordnung nicht über ringförmige Gummi-Metall-Elemente. Elastisch sind dort nämlich nicht die Lager der Bolzen, sondern die Laschen, welche vorzugsweise aus Gewebelagen oder ähnlichen reißfesten Materialien, die in eine Gummiumhüllung eingebettet sind, bestehen. Möglicherweise stellt sich bei einer Anordnung entsprechend der DE 29 20 074 C2 das Problem der Beherrschung von Fliehkräften im Lagerbereich der Laschen deshalb auch gar nicht, weil sich die Laschen durch eigene Verformung solchen Fliehkräften widersetzen bzw. deren schädliche Folgen von den Lagern abwenden.

Bei der AT-PS 260 626 sind die elastischen Lager mit dem wesentlich axial gerichteten Bolzen ausgerüstet, so daß sich dort das Fliehkraftproblem gar nicht erst stellt. Die DE-AS 10 22 056 zeigt und beschreibt eine auf Torsion beanspruchbare Hülsenfeder, deren elastischer Körper eine Wulst aufweist, die durch ein besonderes - nicht dargestelltes - Spannelement beim Betrieb der Vorrichtung gegen einen an der äußeren Metallhülse ausgebildeten Flansch gepreßt wird. Damit soll eine hohe Stei­ figkeit gegen axiale Verschiebung erreicht werden. Es ist auch erwähnt, daß solche auf Torsion beanspruchbare Hülsenfedern zur Verwendung als elastische Kupplung geeignet sind, doch aus dem Stand der Technik ist es nicht ableitbar oder nahegelegt, bei einer elastischen Gelenkanordnung nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1 die Anlenkbolzen im wesentlichen sekantial am Kupp­ lungsteil angreifen zu lassen und eine sekantiale Abstützung der Gelenkhebel entgegen den betriebsmäßig auf sie einwirkenden Fliehkräfte mittels eines Drucklagers vorzusehen. Diesen Gedan­ ken spricht offensichtlich erst die vorliegende Erfindung an, deren Wesen nicht in der Erschaffung eines Drucklagers liegt, sondern in dessen planmäßiger Anwendung zur Erzielung eines ganz bestimmten Erfolgs.

Das Drucklager kann von einer Ringscheibe aus elastischem Material wie Gummi, Polyurethan od. dgl. gebildet sein, die zwi­ schen dem Gelenkhebelauge und der Sicherungsscheibe angeordnet ist.

Zusätzlich kann zwischen der elastischen Ringscheibe und der Sicherungsscheibe ein für Trockenlauf geeignetes, insbeson­ dere ringförmiges, Gleitlager angeordnet sein.

Zweckmäßig ist zur Vergrößerung der Anlagefläche für das elastische Drucklager der obere Rand des Gelenkhebelauges mit einem nach innen weisenden Radialflansch versehen. Dieser bie­ tet im übrigen insoweit auch einen Nebenvorteil, als er beim Einsatz des Gummi-Metall-Elementes einen Einschubanschlag dafür ausbildet.

Das Drucklager kann auch aus einem Verlängerungsabschnitt eines zylindrischen Gummi-Metall-Elementes bestehen, der einen aus dem Gelenkhebelauge vorragenden, in den Ringspalt zwischen dessen Ringfläche und der Sicherungsscheibe eingreifenden Bund aufweist. Eine solche elastische Bundbuchse unterscheidet sich also von einem einfachen zylindrischen elastischen Gelenk le­ diglich durch seinen Bund, der hier zum Abstützen des Gelenkhe­ bels entgegen seinen Fliehkräften dient.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Gelenkanordnung ist da­ durch gekennzeichnet, daß das Drucklager durch im wesentlichen konische Gestaltung des Gummi-Metall-Elements ausgebildet ist, dessen Durchmesser in Axialrichtung des Elements bezüglich der Gelenkhebelkupplung nach außen hin zunimmt. Dabei soll die Ko­ nizität des Gummi-Metall-Elementes der konischen Ausbildung des Gelenkhebelauges entsprechen, und es kann ein ringförmiger Ein­ satzkörper mit Außenkonus als Lagerbuchse für das konische Gummi-Metall-Element vorgesehen sein. In der Einfachheit seiner Gestaltung ist ein solches konisches elastisches Gelenk mit ei­ nem zylindrischen Gelenk vergleichbar. Da jedoch die Konizität radial von innen nach außen zunimmt, bildet das elastische Ele­ ment selbst ein axial wirkendes Drucklager aus, ohne daß ein besonderes vorgesehen sein muß. In vorteilhafter Weise ist es gegen die nach außen gerichteten Fliehkräfte steif und in Ge­ genrichtung weich.

Im übrigen versteht sich die Erfindung am besten anhand der nachfolgenden, weitere Vorteile erläuternden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche ausgewählte Bei­ spiele darstellen. Die Zeichnungen zeigen, jeweils im Radial­ schnitt, verschiedene Gelenkanordnungen, und zwar

Fig. 1 eine Gelenkanordnung mit einem einfachen zylindrischen Lager und einer elastischen Scheibe als Drucklager,

Fig. 2 eine weitestgehend der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei zwischen dem elastischen Drucklager und einer Si­ cherungsscheibe zusätzlich ein trockenlaufgeeignetes Gleitlager angeordnet ist,

Fig. 3 eine Gelenkanordnung mit einem um einen Radialbund er­ weiterten zylindrischen Lager und

Fig. 4 eine Gelenkanordnung mit einem konischen elastischen La­ ger.

Jede Gelenkanordnung insgesamt ist mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Gelenk- oder Lagerachse 11 befindet sich zum Gesamtsystem in radialer Anordnung etwa auf einer schematisch dargestellten mit 12 bezeichneten Nabe als Bestandteil einer Kupplungshälfte.

Zur Gelenkanordnung 10 gehört ein Anlenkbolzen 13 mit Kopf 14, Gewindeschaft 15 und einer unter dem Kopf 14 angeordneten Sicherungsscheibe 16. Diese kann als separate Unterlegscheibe ausgeführt oder stoffschlüssig mit dem Anlenkbolzen 13 verbun­ den sein. Der Anlenkbolzen 13 befestigt eine Lagerbuchse 17 an einem Kupplungsteil, hier also an der Nabe 12. Unmittelbar (Fig. 1 bis 3) oder mittelbar (Fig. 4) zwischen dieser Lager­ buchse 17 und dem Auge 18 eines Gelenkhebels 19 ist ein Gummi- Metall-Element 20 unter radialer Vorspannung eingespannt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen besteht es jeweils aus zwei dünnen Metallringen 21, 22 und einem zwischen ihnen daran anvulkanisierten ringförmigen Gummikörper 23. Dank dieser ela­ stisch gelenkigen Lagerung kann der Gelenkhebel 19 einerseits um die radiale Achse 11 schwenken, andererseits aber in gerin­ gerem Umfange auch Bewegungen in Richtung quer dazu sowie kar­ danische Bewegungen ausführen. Alle derartigen Bewegungen tre­ ten im Betriebszustand eines Kupplungs- oder Gelenkwellensy­ stems auf, welches mit solchen Gelenkhebeln und elastischen Ge­ lenken ausgerüstet ist.

Im Betrieb treten jedoch auch Fliehkräfte auf, die den Ge­ lenkhebel 24 in Richtung des Pfeiles 25 radial nach außen bewe­ gen. Um nun ohne aufwendige Gestaltungen eines elastischen La­ gers besondere Beanspruchungen des in dieser Belastungsrichtung weichen Gummikörpers 13 zu vermeiden, und um andererseits eine verschleißbehaftete metallische Berührung der oberen Stirnseite des Gelenkauges 18 mit der Sicherungsscheibe 16 zu verhindern, befindet sich dazwischen ein axiales Drucklager 26.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht das Axial­ drucklager 26 aus einer Ringscheibe 27 aus elastischem Mate­ rial, insbesondere aus Polyurethan, das aufgrund des hohen Reibwertes besonders geeignet ist. Zur Vergrößerung der gelenk­ hebelseitigen Anlagefläche ist der obere Rand des Gelenkhe­ belauges 18 mit einem nach innen weisenden Radialflansch 28 versehen. Wenn vom Gelenkhebel 19 begrenzte, oszillierende Be­ wegungen um die Radialachse 11 erfolgen, werden diese Kräfte bis zu einem gewissen Grad in dem elastischen Drucklager 26 elastisch, also nicht durch verschleißbehaftete gleitende Rei­ bung aufgenommen.

Zum Beispiel für Kupplungen mit häufiger wechselndem großen Axialversatz zwischen den zu kuppelnden Teilen, wie er etwa bei Schiffsantrieben auftreten kann, ist die Ausführungs­ form nach Fig. 2 besonders gut geeignet, die sich von der nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zwischen der elastischen, auch hier vorzugsweise aus Polyurethan bestehenden Ringscheibe 27 und der Sicherungsscheibe 16 noch ein für Trockenlauf ge­ eignetes Gleitlager 29 angeordnet ist. Es weist ebenfalls die Form einer Ringscheibe 30 auf. Ein solches Trockenlauflager 29 besteht auf einer Stahlscheibe mit einem darauf aufgebrachten gleitfähigen Belag. Beim Anwendungsbeispiel wird das Trockenl­ auflager 29 mit dem Gleitbelag an der Sicherungsscheibe 16 und mit seiner Stahlseite am axialen Drucklager 26 zur Anlage ge­ bracht. Hierdurch wird erreicht, daß kleinere Relativbewegungen nach wie vor in rein elastische Verformungen des axialen Druck­ lagers 26 umgesetzt werden, größere Ausschläge um die Radi­ alachse 11 jedoch ein verschleißfreies Gleiten erlauben.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele verwenden keine gesonderten Drucklager 26, denn diese sind hier in die Gummi-Metall-Elemente 20 integriert. Bei der Ausführung nach Fig. 3 geschieht dies durch Gestaltung des Gummi-Metall- Elements als elastische Bundbuchse, deren Bund 31 den Gelenkhebel 19 zur Sicherungsscheibe 16 hin axial elastisch abstützt, da der Bund 31 zwischen dem Gelenkhebelauge 18 und der Siche­ rungsscheibe 16 eingespannt ist.

Die Lageranordnung nach Fig. 4 bezieht ihre Wirkung gegen in Pfeilrichtung 25 auftretende Fliehkräfte ebenfalls durch die Gestaltung des Gummi-Metall-Elementes 20 selbst, welches hier als Konuslager ausgebildet ist, dessen Durchmesser in Radial­ richtung von innen nach außen zunimmt. Bei Belastung durch Ver­ schieben des Gelenkhebels 19 in Pfeilrichtung 25 wirkt der Gum­ mikörper 23 steif, in Gegenrichtung weich, denn durch die Ko­ nusform wird er anders als bei rein zylindrischer Belastung bei auftretenden Fliehkräften auf Druck belastet. Das Konuslager setzt also den Fliehkräften in ausreichendem Maße Widerstände entgegen.

Damit gebräuchliche Lagerbuchsen 17 verwendet werden kön­ nen, ist darauf eine mit einem Außenkonus versehene zusätzliche Lagerbuchse 17′ aufgepreßt, und entsprechend dem Konuswinkel ist das Gelenkhebelauge 18 konisch gestaltet. Beides ist deut­ lich aus Fig. 4 zu ersehen. Unter Verzicht auf die Metallhülse 22 könnte das Gummielement 23 auch unmittelbar an der Lager­ buchse 17′ anvulkanisiert sein, die somit selbst Bestandteil eines Gummi-Metall-Elements 21, 23, 17′ wäre.

Claims (8)

1. Elastische Gelenkanordnung für Gelenkhebel von Gelenk­ hebelkupplungen, mit einem ringförmigen Gummi-Metall-Element, welches unter im wesentlichen radialer Vorspannung zwischen ei­ ner Lagerbuchse und dem Gelenkhebelauge angeordnet ist, ferner mit einem an einem Kupplungsteil angreifenden Anlenkbolzen für das Gelenk und mit einer Sicherungsscheibe unter dem Bolzen­ kopf, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen sekantial am Kupplungsteil (12) angreifendem Anlenkbolzen (13) eine be­ züglich der Gelenkhebelkupplung sekantiale Abstützung des Ge­ lenkhebels (19) entgegen der betriebsmäßig auf ihn einwirkenden Fliehkräfte mittels eines Drucklagers (26) vorgesehen ist.

2. Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drucklager (26) von einer Ringscheibe (27) aus elastischem Material wie Gummi, Polyurethan od. dgl. gebildet ist, die zwischen dem Gelenkhebelauge (18) und der Sicherungs­ scheibe (16) angeordnet ist.

3. Gelenkanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der elastischen Ringscheibe (27) und der Si­ cherungsscheibe (16) ein für Trockenlauf geeignetes, insbeson­ dere ringförmiges, Gleitlager (29) angeordnet ist.

4. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der obere Rand des Gelenkhebelauges (18) mit einem nach innen weisenden Radialflansch (28) versehen ist zur Bildung einer vergrößerten Auflagefläche für das ela­ stische Drucklager (26).

5. Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drucklager (26) aus einem Verlängerungsabschnitt eines zylindrischen Gummi-Metall-Elements (20) besteht, der einen aus dem Gelenkhebelauge (18) vorragenden, in den Ringspalt zwischen dessen Ringfläche und der Sicherungsscheibe (16) eingreifenden Bund (31) aufweist.

6. Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drucklager (26) durch im wesentlichen konische Ge­ staltung des Gummi-Metall-Elements (20) ausgebildet ist, dessen Durchmesser in Axialrichtung des Elements (20) bezüglich der Gelenkhebelkupplung nach außen hin zunimmt.

7. Gelenkanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch entsprechend der Konizität des Gummi-Metall-Elements (20) koni­ sche Ausbildung des Gelenkhebelauges (18).

8. Gelenkanordnung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Einsatzkörper (17′) mit Außenkonus als Lagerbuchse für das konische Gummi-Metall-Element (20).