DE4338039C2 - Elastische Kupplung zur Drehmomentübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung zur Drehmomentübertragung mit einer an einer Welle oder Scheibe befestigbaren Nabe und einem konzentrisch angeordneten äußeren Ringkörper aus hartem Werkstoff, wobei die Nabe mit dem äußeren Ringkörper zur Drehmomentübertragung über einen im Ringspalt zwischen Nabe und äußerem Ringkörper angeordneten, elastischen, umfangsmäßig verlaufenden Zwischenkörper aus elastomerem Werkstoff verbunden ist.

Im Kraftfahrzeug werden Nebenaggregate, wie z. B. Lüfter,von der Brennkraftmaschine angetrieben. Dabei treten ungleich­ förmige Drehgeschwindigkeiten und Schwingungen im gesamten Antriebsstrang auf. Es ist bekannt, die Drehmoment­ übertragung zwischen Brennkraftmaschine und Nebenaggregaten durch elastische Kupplungen vorzunehmen, um diese Ungleich­ förmigkeiten abzubauen.

Die Drehmomentkupplung muß radialen und axialen Versatz erlauben, da durch die weiche Aufhängung der Brennkraft­ maschine Erschütterungen besonders beim Starten vorhanden sind, die zu einem Auslenken der Motorabtriebswelle führen. Da die Nebenaggregate, wie z. B. ein Lüfterelement, aufgrund baulicher Gegebenheiten nur unwesentlich aus ihrem Einbau­ zustand radial oder axial abweichen dürfen, ist es bekannt, die elastische Kupplung derart auszubilden, daß in dem Ringspalt zwischen den konzentrisch ineinanderliegenden Kupplungsteilen ein elastischer, umfangsmäßig verlaufender Zwischenkörper aus elastomerem Werkstoff angeordnet ist, der im Querschnitt gesehen eine dünne, in Falten angeordnete Membrane darstellt.

Als Nachteil dieser Ausbildung wird die Begrenzung des maximal übertragbaren Drehmomentes gesehen. Außerdem ist die Standzeit dieser drehelastischen Kupplung nicht befriedigend, da die Membrane im Bereich ihrer Falten zum Reißen neigt. Diese Reißneigung wird auf die in den Falten entstehende Walkarbeit zurückgeführt, die einen schädlichen Einfluß auf die Lebensdauer der drehelastischen Kupplung hat.

Aus der DE-OS 20 60 792 ist eine elastische Kupplung bekannt, deren Kupplungshälften koaxial zueinander angeordnet sind. Jede Kupplungshälfte weist eine Metallmembran auf, die mit einer parallel dazwischen liegenden elastischen Membran über elastische, achsparallel angeordnete Elemente verbunden sind. Der axiale Abstand zwischen den Kupplungshälften wird durch die elastischen Elemente überbrückt.

Aus der DE-PS 3 66 938 ist eine drehelastische Kupplung bekannt, deren Kupplungshälften über ein Gehäuse eine konzentrische Anordnung zeigen und einen Ringspalt bilden. In diesem Ringspalt sind bügelförmige Blattfedern eingespannt. Die einen Enden der Blattfedern sind einerseits am inneren Kupplungsteil und die anderen Enden an dem äußeren Kupplungsteil angelenkt. Diese Kupplung bietet keine Möglichkeit eines axialen Fluchtausgleiches.

Aus der DE-PS 1 96 707 ist eine elastische Kupplung bekannt, die nach Art von Radspeichen angeordnete, lange Blattfedern aufweist. Die Blattfedern sind, um einen großen Weg zu ermöglichen, halbkreisförmig ausgebildet. Diese Kupplung hat eine sehr große Bauweise. Aufgrund der halbkreisförmigen Blattfedern ist auch ein großer Ringspalt zwischen äußerem Ringkörper und innerer Nabe vorhanden. In dem Pkw-Bau ist eine derartige Kupplung aufgrund des großen Raumbedarfes nicht einsetzbar. Auch sind die übertragbaren Drehmomente zu gering, weil die Blattfedern sich in Richtungsverlauf um 180° drehen und die Nabe einwickeln.

Aus DL 2 82 960 A5 ist eine elastische Wellenkupplung zum Ausgleich von radialem Versatz gezeigt, die Blattfederpaare zwischen äußerem Kupplungskörper und innerer Nabe aufweist. Ein axialer Fluchtausgleich ist hier nicht möglich.

Aus der DE-AS 10 10 331 wird eine elastische Kupplung beschrieben, die eine einstückig mit der Kupplungsnabe ausgeführte Feder aufweist. Die Feder ist mit ihrem als Nabe ausgebildeten inneren Einspannende in einem Stück gegossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehelastische Kupplung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die eine höhere Standzeit bei Übertragung eines höheren Drehmomentes unter Bereitstellung eines axialen und radialen Fluchtausgleiches der Achsen von Nabe und äußerem Ringkörper aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenkörper über je einen Umfangsabschnitt umlaufende Strangteile aufweist, die jeweils an der Nabe und am äußeren Ringkörper unter einem spitzen Winkel zu den Tangenten der inneren Nabe und des äußeren Ringkörpers stoffschlüssig angebunden sind und einen vollflächigen Querschnitt aufweisen.

Durch die Erfindung wird eine elastische geschaffen, die eine höhere Drehmomentübertragung möglich macht bei gleich­ zeitigem radialen und axialen Fluchtausgleich zwischen An- und Abtriebswelle. Eine höhere Standzeit wird auch erzielt, was darauf zurückgeführt wird, daß der volle geschlossene Querschnitt der Strangteile die bei der Verwendung eines faltenförmigen Zwischenkörpers anfallende schädliche Walk­ arbeit vermeidet. Außerdem ist eine größere Wanddicke des Strangteiles gegenüber der faltenförmigen Membrane vorhanden. Durch diese stärkere Ausbildung des Zwischen­ körpers wird auch weniger Walkarbeit vorliegen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Strangteile jeweils mit ihrem einen Ende an der Nabe und mit ihrem anderen Ende am äußeren Ringkörper unter einem spitzen Winkel zu den Tangenten der inneren Nabe und des äußeren Ringkörpers stoffschlüssig angebunden. Die elastischen Strangteile liegen mit ihren Enden unter einem spitzen Winkel an den Kupplungsteilen an. Der spitze Winkel hat einen positiven Einfluß auf die Belastung der elastischen Strangteile. Bei der Kraftübertragung ist annähernd der gesamte Querschnitt der Strangteile wirksam.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Strangteile derart zueinander benachbart, daß ihre benachbarten Enden zusammen in einer gemeinsamen Verbindungsstelle stoffschlüssig entweder an der Nabe oder am äußeren Ringkörper angebunden sind und daß die Strang­ teile in ihrer Mitte am jeweils anderen Kupplungsteil stoffschlüssig befestigt sind. Durch diese Ausbildung wird eine drehrichtungsunabhängige elastische Kupplung geschaffen.

Die Teilstränge können durch einen umlaufenden Gesamtstrang gebildet werden, was für die wirtschaftliche Umsetzung des Erfindungsgegenstandes wesentliche Bedeutung hat.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Querschnitt der Strangteile ein Höhen-Seitenverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2 auf.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich der benachbarten Enden zweier Strangteile jeweils ein radialer, elastischer Verbindungssteg aus elastomerem Werkstoff zwischen der Nabe und dem äußeren Ringkörper angeordnet. Durch die radialen Verbindungsstege wird die radiale Steifigkeit erhöht, ohne die Torsionssteifigkeit wesentlich zu beeinflussen.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend drei Ausführungs­ beispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine drehelastische Kupplung mit einem im Ringspalt zwischen den konzentrisch ineinanderliegenden Kupplungshälften angeordneten elastischen Zwischen­ körper,

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt gemäß Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 verschiedene Querschnittsformen der Strangteile gemäß Schnitt III-III aus Fig. 1,

Fig. 6 eine drehelastische Kupplung mit einer modi­ fizierten Ausbildung des elastischen Zwischenkörpers zur Erzielung einer Drehrichtungsun­ abhängigkeit,

Fig. 7 eine modifizierte, drehrichtungsunabhängige elastische Kupplung.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte drehelastische Kupplung weist zwei konzentrisch ineinander angeordnete, ringförmige Kupplungsteile 11 und 12 auf. Das innere Kupplungsteil 11 ist nabenförmig ausgebildet und wird mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine drehfest ver­ bunden. Das äußere Kupplungsteil 12 besteht aus einem starren Ringkörper, der drehfest mit einem Lüfterrad verbunden wird.

In dem Ringspalt 13 der drehelastischen Kupplung ist ein elastischer Zwischenkörper 14 angeordnet, der stoff­ schlüssig einerseits mit dem Innenumfang des äußeren Ringkörpers 12 und andererseits mit dem Außenumfang des nabenförmigen Kupplungsteils 11 verbunden ist.

Der elastische Zwischenkörper 14 besteht aus vier Strangteilen 15, die sich jeweils über einen Umfangs­ abschnitt von 90° in dem Ringspalt 13 erstrecken, wobei ein Ende eines jeden Strangteiles 15 am inneren Kupplungsteil 11 und das gegenüberliegende andere Ende am äußeren Ringkörper 12 anvulkanisiert ist. Dabei liegt das in Umfangsrichtung gesehen (Pfeil 16) vordere Ende 17 eines Strangteiles 15 am äußeren Ringkörper 12 und das in Umfangsrichtung gesehen hintere Ende 18 dem inneren Nabenteil 11. Das darauffolgende Strangteil 15 beginnt in dieser Verbindungsebene wieder am äußeren Ringkörper 12.

Der radiale Abstand zwischen den beiden Enden zweier aufeinanderfolgender Strangteile 15 ist durch einen radialen elastischen Verbindungssteg 21 überbrückt.

Wird über die Nabe 11 ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles 16 eingeleitet, wird dieses Drehmoment durch die elastischen Strangteile 15 übertragen. Bei dieser Tor­ sionsbeanspruchung der Kupplung liegt ein wesentlich günstigeres Walkverhalten im elastischen Zwischenkörper vor, wobei die Kupplung gute Verformungseigenschaften in radialer und axialer Richtung aufweist, wodurch Flucht­ abweichungen zwischen treibender und angetriebener Achse ausgeglichen werden können.

Die elastischen Strangteile 15 liegen mit ihren Enden unter einem spitzen Winkel an den Kupplungsteilen 11 und 12 an. Der spitze Winkel hat einen positiven Einfluß auf die Belastung der elastischen Strangteile 15. Die Strangteile sind annähernd in Kraftübertragungsrichtung, d. h. tangential angeordnet und werden somit überwiegend auf Zug belastet. Das bedeutet, daß annähernd der gesamte Querschnitt bei der Kraftübertragung wirksam ist, wodurch die Spannung im Elastomer bei gegebenem Drehmoment geringer ist im Vergleich zu einem stumpfen Winkel.

In der Fig. 3 wird ein kreisrunder Querschnitt eines Strangteiles 15 gezeigt. Weitere vollflächige Quer­ schnittsformen werden in den Fig. 4 und 5 dargestellt, die einen elipsenförmigen und einen rechteckigen Querschnitt der Strangteile 15 zeigen.

Die in der Fig. 6 gezeigte Kupplung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Kupplung durch eine modi­ fizierte Ausgestaltung des elastischen Zwischenkörpers 14. Die Strangteile 15 sind mit den konzentrischen Kupplungsteilen 11 und 12 jeweils an ihren Enden und zusätzlich in der Mitte 23 anvulkanisiert.

Dabei sind die beiden Enden eines jeden der vier Strangteile 15 am Innenumfang des äußeren Ringkörpers 12 anvulkanisiert, während die Mitte 23 eines jeden Strangteiles 15 am Außenumfang der Nabe 11 anvulkanisiert ist. Durch diese Ausbildung wird eine drehrichtungsunabhängige elastische Kupplung erzielt.

Die radialen Verbindungsstege, die sich von den Befesti­ gungsstellen am äußeren Ringkörper 12 zu dem nabenförmigen Ringkörper 11 erstrecken, erhöhen die radiale Steifigkeit des drehelastischen Kupplungselementes. Diese radialen Verbindungsstege 21 bestehen aus dem selben Werkstoff, wie die vier Strangteile 15, die aus wirtschaftlichen Gründen aus einem durchlaufenden Gesamtstrang gebildet sind.

Die drehelastische Kupplung gemäß Fig. 7 zeigt einen gegenüber der drehelastischen Kupplung aus Fig. 6 modi­ fizierten Zwischenkörper 14, der sich darin unterscheidet, daß lediglich drei strangförmige Teile 15 im Ringspalt 13 zwischen den konzentrisch angeordneten Kupplungshälften 11 und 12 angeordnet sind.

Die Strangteile 15 in allen Ausführungsbeispielen weisen einen vollflächigen, geschlossenen Querschnitt, vorzugs­ weise einen runden Querschnitt auf.

Claims (6)

1. Elastische Kupplung zur Drehmomentübertragung mit einer an einer Welle oder Scheibe befestigbaren Nabe (11) und einem konzentrisch angeordneten äußeren Ringkörper (12) aus hartem Werkstoff, wobei die Nabe (11) mit dem äußeren Ringkörper (12) zur Drehmomentübertragung über einen in dem Ringspalt (13) zwischen Nabe (11) und äußerem Ringkörper (12) angeordneten, elastischen, umfangsmäßig verlaufenden Zwischenkörper (14) aus elastomerem Werkstoff verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkörper (14) über je einen Umfangsabschnitt umlaufende Strangsteile (15) aufweist, die jeweils an der Nabe (11) und am äußeren Ringkörper (12) unter einem spitzen Winkel zu den Tangenten der inneren Nabe (11) und des äußeren Ringkörpers (12) stoffschlüssig angebunden sind und einen vollflächigen Querschnitt aufweisen.

2. Elastische Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Strangteile (15) jeweils mit ihrem einen Ende an der Nabe (11) und mit ihrem anderen Ende am äußeren Ringkörper (12) unter einem spitzen Winkel zu den Tangenten der inneren Nabe (11) und des äußeren Ringkörpers (12) stoffschlüssig angebunden sind.

3. Elastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangteile (15) des Zwischenkörpers (14) derart zueinander benachbart sind, daß ihre benachbarten Enden zusammen in einer gemeinsamen Verbindungsstelle stoffschlüssig entweder an der Nabe (11) oder am äußeren Ringkörper (12) angebunden sind und daß die Strangteile (15) in ihrer Mitte (23) am jeweils anderen Kupplungsteil (11 bzw. 12) stoffschlüssig befestigt sind.

4. Elastische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangteile (15) des Zwischenkörpers (14) aus einem umlaufenden endlosen Gesamtstrang gebildet sind.

5. Elastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strangteile (15) ein Höhen­ seitenverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2 aufweist.

6. Elastische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der benachbarten Enden zweier Strangteile (15) jeweils ein radialer, elastischer Verbindungssteg (21) aus elastomerem Werkstoff zwischen der Nabe (11) und dem äußeren Ringkörper (12) angeordnet ist.