DE4237612A1 - Elastisches Kupplungselement zur Drehmomentübertragung - Google Patents
Elastisches Kupplungselement zur DrehmomentübertragungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Kupplungsele
ment, bestehend aus einer an einer Welle befestigbaren Nabe,
einem elastischen mittleren Ringkörper aus elastomerem
Werkstoff und einem harten äußeren Ringkörper, insbesondere
einem Zahnkranz, zur formschlüssigen Drehmomentübertragung,
wobei die Nabe und der äußere Ringkörper stoffschlüssig mit
dem mittleren Ringkörper verbunden sind, sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Kupplungselementes.
Derartige Kupplungselemente sind bekannt und werden in der
Antriebstechnik zum Übertragen großer Drehmomente, zum
Beispiel bei Antrieben von Schiffen, Lokomotiven oder
Schwerfahrzeugen, eingesetzt. Der äußere Ringkörper hat
meist die Form eines Zahnkranzes und wird zur formschlüssi
gen Drehmomentübertragung in eine komplementäre Innenzahnung
eingeschoben. Die Nabe wird auf eine Welle aufgeschoben und
an einem Wellenflansch festgeschraubt.
Bei den bekannten Kupplungselementen besteht die Nabe aus
Stahl, der innere Ringkörper aus einer weichen Gummimischung
mit einer Härte von etwa 45 Shore und der äußere Ringkörper
aus einem harten Weichgummi mit einer Härte von etwa 90
Shore. Ein derartiges Kupplungselement ist leicht zu ferti
gen, indem die Nabe, nachdem ihre Außenfläche mit einem
Primer und einem Bindemittel eingestrichen wurde, in die
Vulkanisierform eingelegt wird, der mittlere Ringkörper in
die Vulkanisierform eingebracht wird und anschließend die
harte Gummimischung zum Bilden des äußeren Ringkörpers in
die Vulkanisierform eingespritzt wird. Der mittlere Ringkör
per kann entweder durch Einspritzen der weichen Gummi- oder
Elastomeremischung in die an die Form des mittleren Ring
körpers angepaßte Vulkanisierform hergestellt werden oder
als konfektioniertes Halbfabrikat in die Vulkanisierform
eingelegt werden.
Durch das Einspritzen der harten Gummimischung in die Vulka
nisierform entstehen gegenüber den radialen Einspritzkanälen
Eindrückungen, d. h. konkave Bereiche an der Außenfläche des
mittleren Ringkörpers, die sich auch während des Vulkanisie
rens nicht zurückbilden. Hierdurch entstehen unterschiedli
che Härtegrade im übergangsbereich sowohl in Umfangsrichtung
als auch in axialer Richtung. Durch die Härteunterschiede
entstehen bei der Drehmomentübertragung unterschiedliche
Spannungsverteilungen in dem übergangsbereich. Diese Span
nungsschwankungen führen zu einem frühzeitigen Ermüden des
Materials und zu einer relativ kurzen Lebensdauer des Kupp
lungselementes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares
elastisches Kupplungselement zu schaffen, bei dem die Mate
rialhärte und damit die Spannungsverteilung im Übergangsbe
reich zwischen dem mittleren und dem äußeren Ringkörper in
Umfangsrichtung und in axialer Richtung homogen ist und
welches dadurch eine hohe Lebensdauer hat.
Diese Aufgabe wird nach der der Erfindung dadurch gelöst,
daß der äußere Ringkörper aus Kunststoff, insbesondere
glasfaserverstärktem Polyamid, besteht.
Durch die Verwendung eines äußeren Ringkörpers, zum Beispiel
eines Zahnkranzes, aus Kunststoff, welcher beim Vulkanisie
ren stoffschlüssig mit dem elastischen mittleren Ringkörper
aus Naturgummi oder anderen Elastomeren verbunden wird,
entsteht eine definierte Übergangszone zwischen mittlerem
und äußerem Ringkörper an der inneren, zylinderförmigen
Oberfläche des äußeren Ringkörpers. Die Haftkraft zwischen
dem äußeren Ringkörper aus Kunststoff und dem mittleren
Ringkörper hat über die gesamte Kontaktfläche einen homoge
nen Wert und ist nicht geringer als die Haftkraft zwischen
den Ringkörpern beim bekannten Kupplungselement. Durch die
homogene Spannungsverteilung bei der Drehmomentübertragung
ermüdet das Material im Übergangsbereich wesentlich langsa
mer und die Lebensdauer erhöht sich beträchtlich gegenüber
dem bekannten Kupplungselement.
Optimale Werkstoffe für den mittleren Ringkörper des Kupp
lungselementes sind Styrol-Butadien-Kautschuk, Natur
kautschuk, Silikon-Kautschuk oder entsprechende Elastomere
und Gemische davon mit einer Härte von 45-50 Shore. Die
Nabe besteht, wie beim bekannten Kupplungselement, aus
Stahl. Die Nabe kann aber auch aus Kunststoff bestehen. Für
die Anbindung an Styrol-Butadien-Kautschuk ist zum Beispiel
das unter dem Warenzeichen Chemosil XY von der Firma Henkel
vertriebene Bindemittel geeignet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kupplungs
elementes zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 4
oder 5 gelöst.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kupp
lungselementes ist nicht aufwendiger als das Herstellungs
verfahren für die bekannten Kupplungselemente. Nach wie vor
muß die an ihrer Außenfläche mit Primer und Bindemittel
beschichteten Nabe in die Vulkanisierform eingelegt werden.
Zusätzlich kann im gleichen Arbeitsgang der vorgefertigte,
an der Innenfläche mit Primer und Bindemittel oder unmittel
bar mit Bindemittel behandelte äußere Ringkörper in die
Vulkanisierform eingelegt werden. Nach dem Schließen der
Vulkanisierform wird der elastomere Werkstoff für den mitt
leren Ringkörper eingespritzt und verbindet sich beim Vulka
nisieren stoffschlüssig mit den anderen Bauteilen. Ein
Eindrücken des Materials der Nabe oder des äußeren Ringkör
pers findet hierbei nicht statt.
Ohne besondere ein- oder zweischichtige Bindesysteme anzu
wenden, kann eine zuverlässige Verbindung zwischen dem mitt
leren Ringkörper und dem äußeren Ringkörper bzw. dem Zahn
kranz oder auch - wenn die Nabe aus Kunststoff hergestellt
wird - zwischen der Nabe und dem mittleren Ringkörper auch
durch Anwendung des sogenannten K+K-Verbundes erreicht
werden. Dabei können die folgenden Werkstoffpaarungen einge
setzt werden:
Polyamid für den äußeren Ringkörper und für die Nabe, Nitrilkautschuk (NBR) für den mittleren Ringkörper oder Phenylenoxid oder Polyphenylether für den äußeren Ringkörper oder für die Nabe und
Naturkautschuk (NR) oder Styrol-Butadien-Copolymer (SRB) oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) für den mittle ren Ringkörper.
Polyamid für den äußeren Ringkörper und für die Nabe, Nitrilkautschuk (NBR) für den mittleren Ringkörper oder Phenylenoxid oder Polyphenylether für den äußeren Ringkörper oder für die Nabe und
Naturkautschuk (NR) oder Styrol-Butadien-Copolymer (SRB) oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) für den mittle ren Ringkörper.
Der äußere Ringkörper wird in der gleichen Form spritzgegos
sen, in der anschließend die Vulkanisierung des mittleren
Ringkörpers durchgeführt wird. Nach dem Einspritzen des
Kunststoffes in die den äußeren Ringkörper definierende Form
und dem Erkalten des so hergestellten äußeren Ringkörpers
kann die Form geöffnet und der Formkern entfernt werden. Die
Form ist mit einem weiteren Deckel zu schließen, in den die
vorgefertigte, mit Primer und Bindemittel beschichtete Nabe
eingelegt ist. Anschließend kann der elastomere Werkstoff
für den mittleren Ringkörper für den Vulkanisiervorgang
eingespritzt werden. In diesem Falle entfällt die Behandlung
des äußeren Ringkörpers mit Primer und Bindemittel, da kurz
nach dem Spritzgießvorgang des Ringkörpers dieser eine
ausreichend starke Bindung mit dem eingespritzten elastome
ren Werkstoff des mittleren Ringkörpers eingeht.
Wenn auch die Nabe aus Kunststoff besteht, kann diese eben
falls in der Form hergestellt werden, in welcher der mittle
re, elastische Ringkörper vulkanisiert wird.
Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Kupplungselementes, bei dem der äußere Ringkörper
von einem Zahnkranz gebildet ist. Sie zeigen in
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht des Kupplungselementes
und
Fig. 2 eine Teilansicht des Kupplungselementes in
Draufsicht.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kupplungselement be
steht aus der Nabe 1 aus Stahl, dem elastischen mittleren
Ringkörper 2, der hier aus Styrol-Butadien-Kautschuk mit
einer Härte von 45 Shore besteht, und dem äußeren Ringkörper
3 aus glasfaserverstärktem Polyamid. Die Nabe ist topfförmig
und weist auf ihrer axialen Stirnseite Bohrungen auf, die
zur Aufnahme von Befestigungsschrauben zum Festschrauben der
Nabe an einem Wellenflansch dienen. Die Randzonen der zylin
drischen Kontaktfläche der Nabe zum mittleren Ringkörper
sind abgerundet. Hierdurch werden die zu übertragenden
Kräfte und Momente in den Randzonen auf eine größere Fläche
verteilt und die Spannungswerte sinken. Dadurch wird verhin
dert, daß sich die Verbindung zwischen Nabe und mittlerem
Ringkörper, von den Stirnseiten des Kupplungselementes
ausgehend, trennt.
Sowohl am Übergangsbereich zwischen der Nabe 1 und dem
mittleren Ringkörper 2 als auch am Übergangsbereich zwischen
dem mittleren Ringkörper 2 und dem Zahnkranz 3 ist die
Haftkraft zwischen den verschiedenen Materialien homogen.
Daraus ergibt sich eine homogene Spannungsverteilung bei
Kraft- und Drehmomentübertragung durch das Kupplungselement.
Der Kautschuk des mittleren Ringkörpers ermüdet in diesen
Übergangsbereichen gleichmäßig, und das erfindungsgemäße
Kupplungselement hat eine hohe Lebensdauer.
Claims (6)
1. Elastisches Kupplungselement zur Drehmomentübertragung
bestehend aus einer an einer Welle befestigbaren Nabe (1),
einem elastischen mittleren Ringkörper (2) aus elastomerem
Werkstoff und einem harten äußeren Ringkörper (3), insbeson
dere einem Zahnkranz, zur formschlüssigen Drehmomentübertra
gung, wobei die Nabe (1) und der äußere Ringkörper (3)
stoffschlüssig mit dem mittleren Ringkörper (2) verbunden
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringkörper (3)
aus Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Polyamid,
besteht.
2. Elastisches Kupplungselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff aus natürlichem
oder synthetischem Kautschuk, insbesondere aus Styrol-
Butadien-Kautschuk (SBR) oder Naturkautschuk (NR) oder
Silikon-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk (CR) oder verwand
tem Kautschuk oder Gemischen davon besteht und eine Härte im
Bereich von 30 bis 70 Shore, vorzugsweise von 45 Shore, hat.
3. Elastisches Kupplungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) aus Kunststoff, zum
Beispiel glasfaserverstärktem Polyamid, besteht.
4. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Kupplungsele
mentes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
durch die folgenden Schritte:
- - Beschichten der Innenfläche des vorgefertigten äußeren Ringkörpers (3) aus Kunststoff und der Außenfläche der vorgefertigten Nabe (1) mit Bindemittel oder einem Primer und einem Bindemittel,
- - Einlegen des äußeren Ringkörpers (3) und der Nabe (1) in die Vulkanisierform,
- - Schließen der Vulkanisierform und Einspritzen des elastomeren Werkstoffes in die Vulkanisierform.
5. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Kupplungsele
mentes mit einer vorgefertigten Nabe nach einem der Ansprü
che 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - Einspritzen des Kunststoffes in eine Form zur Herstellung des äußeren Ringkörpers (3),
- - Öffnen der Form und Entfernen des Formkerns nach dem Erkalten des Ringkörpers (3),
- - Einlegen der vorgefertigten, mit einem einschichtigen oder mehrschichtigen Bindesystem beschichteten Na be (1) in die Form,
- - Schließen der Form und Einspritzen des elastomeren Werkstoffes in die Form zur Herstellung des mittle ren Ringkörpers (2).
6. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Kupplungsele
mentes mit einer Nabe aus Kunststoff nach einem der Ansprü
che 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - Einspritzen des Kunststoffes in eine Form zur Herstel lung der Nabe (1) und des äußeren Ringkörpers (3),
- - Öffnen der Form und Entfernen des zwischen Nabe (1) und Ringkörper (3) befindlichen Formkerns nach dem Erkalten der Nabe (1) und des Ringkörpers (3),
- - Schließen der Form und Einspritzen des elastomeren Werkstoffes in die Form zur Herstellung des mittleren Ringkörpers (2).
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- 1993-11-09 FI FI934951A patent/FI934951A/fi not_active Application Discontinuation
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