DE69806177T2

DE69806177T2 - Elastomerkupplung mit komposit-klotz

Info

Publication number: DE69806177T2
Application number: DE69806177T
Authority: DE
Inventors: W. Hindman; E. Ryan
Original assignee: Rexnord LLC
Current assignee: Zurn LLC
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: ES2175819T3; EP1025371A4; EP1025371B1; DE69806177D1; EP1025371A1; WO1999020916A1; ATE219557T1; US6117015A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft flexible Wellenkupplungen, und spezieller Elastomerkupplungen zum Übertragen eines Drehmoments zwischen zwei Wellen, die annähernd auf einer Wellenachse ausgerichtet sind, d. h. Elastomerkupplungen, die ein Paar axial beabstandeter Wellen miteinander verbinden.
Die Erfindung betrifft ferner solche Kupplungen, welche ringweise unterbrochene Elastomerabschnitte aufweisen.
Es wird auf das US-Patent Nr. 4,634,400 vom 6. Januar 1987 hingewiesen. Die US 5,611,732 zeigt eine Kupplung aus dem Stand der Technik mit halbkreisförmigem Stahlklotz, der mit einem Elastomer-Mittelelement verbunden ist.
In der Vergangenheit haben flexible Wellenkupplungen, die Elastomermaterial verwenden, üblicherweise ebenfalls Metallklötze verwendet, die geeignet mit dem Elastomermaterial verbunden waren. Die Verwendung solcher Stahlklötze erhöhte das Gewicht der flexiblen Kupplung, was resultierende Beschränkungen bezüglich der Drehzahl solcher Kupplungen mit sich brachte.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellte eine Elastomerkupplung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 zur Verfügung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute bei der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 ist eine Stirnansicht einer Ausführungsform einer Kupplung, die verschiedene der Merkmale der Erfindung umfasst.
Die Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.
Die Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnittes der Kupplung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht ähnlich der Fig. 3, für einen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Kupplung, die verschiedene Merkmale der Erfindung umfasst.
Die Fig. 5 ist eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Schnittansicht eines der Einsätze, die in den Teilansichten der Fig. 3 und 4 enthalten sind.
Bevor eine Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben wird, ist anzumerken, dass es sich versteht, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung von Bauteilen beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung vorgestellt werden und in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen annehmen und auf verschiedene Arten praktiziert oder ausgeführt werden. Außerdem versteht es sich, dass die Wortwahl und Terminologie, die hierin verwendet werden, nur dem Zweck der Beschreibung dienten und nicht als einschränkend angesehen werden sollen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Zeichnungen ist eine Elastomerkupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten axial beabstandeten und sich einander entgegengesetzt erstreckenden Wellen 13 und 15 gezeigt, die annähernd auf einer Wellenachse 17 ausgerichtet sind.
Während andere Konstruktionen verwendet werden können, umfasst bei der speziell offenbarten Konstruktion die Kupplung 11 ein Verbundbauteil 21 mit einem Elastomer- Mittelelement 23 und mindestens einem Klotz 25, der aus einem verstärkten Kunststoffmaterial hergestellt ist und einen ersten oder axial inneren Abschnitt 27 aufweist, der mit dem Mittelelement 23 verbunden ist, sowie einen zweiten oder axial äußeren Abschnitt 29, der sich axial von dem ersten oder axial inneren Abschnitt 27 und von dem Mittelelement 23 erstreckt und der eine äußere zylindrische Oberfläche 31 aufweist und angepasst ist, um mit einer der Wellen 13 und 15 verbunden zu werden. In der speziell dargestellten Ausführungsform ist der Klotz mit der ersten Welle 13 verbunden, und die Kupplung 11 umfasst ebenfalls einen zweiten Klotz 35, welcher im Wesentlichen identisch mit dem Klotz 35 konstruiert ist und mit dem Mittelelement 23 verbunden ist, und welcher mit der Welle 15 verbunden ist.
Spezieller umfasst das Elastomer-Mittelelement 23 einen sich nach innen öffnenden, im Allgemeinen U-förmigen Querschnitt, der in einer Radialebene vorsteht, die sich von der Wellenachse 17 und an dieser entlang erstreckt. Das Elastomer-Mittelelement 23 kann jedwede geeignete Form haben, und das Elastomer-Mittelelement 23 kann, während andere Konstruktionen verwendet werden können, bei dieser speziell offenbarten Konstruktion aus jedwedem geeigneten Elastomer hergestellt sein, und es ist vorzugsweise aus Polyurethan hergestellt und umfasst ein Paar Schenkel 24, welche in der Richtung der Wellenachse 17 axial beabstandet sind und in welchen die Klötze 25 und 35 versenkt und mit dem Mittelelement 23 verbunden sind, zusammen mit einem geeigneten Brückenabschnitt 26, der die Schenkel 24 verbindet.
Jedwede geeignete Anordnung, die gemäß dem Stand der Technik bekannt ist, kann verwendet werden, um die axial inneren Abschnitte 27 der Klötze 25 und 35 mit den Schenkeln 24 des Mittelelements 23 zu verbinden. Bei der speziell offenbarten Konstruktion werden die Klötze 25 und 35 während des Formens bzw. Gießens des Mittel elements 23 mit dem Mittelelement 23 verbunden bzw. bondiert, und spezieller während des Aushärtens des Polyurethans.
Während andere Konstruktionen verwendet werden können, sind die Klötze 25 und 35 bei der speziell offenbarten Konstruktion, wie schon angedeutet, im Wesentlichen identisch ausgebildet. Spezieller ist der axial äußere oder zweite Klotzabschnitt 29 außerhalb des Mittelelements 23 angeordnet und hat eine im Allgemeinen röhrenförmige und zylindrische Ausbildung, und der erste oder innere Abschnitt 27 ist in dem zugeordneten Schenkel 24 des Mittelelements 23 angeordnet und umfasst einen röhrenförmigen, zylindrischen Teil 41, der sich axial nach innen von dem Innenende des äußeren oder zweiten zylindrischen Abschnittes 29 erstreckt.
Zusätzlich umfasst der äußere Abschnitt 29 jedes der Klotze 25 und 35 ebenfalls einen oder mehrere metallische, im Wesentlichen identische Einsätze 51, die in jedweder geeigneten Art und Weise hergestellt werden können, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, und welche vorzugsweise aus einem geeigneten Pulvermetall hergestellt sind. Die Einsätze 51 sind in bogenförmig beabstandeter Relation zueinander angeordnet, in einer Bogenanordnung, die näher an dem axial äußeren Ende des zugeordneten Klotzes angeordnet ist als an dessen axial inneren Ende, und sie umfassen jeweils einen zylindrischen Hauptabschnitt oder -teil 52, welcher teilweise in dem axial äußeren, zylindrischen Abschnitt 29 des zugeordneten Klotzes 25 oder 35 versenkt ist, und welcher eine Mittelöffnung 53 mit einer Achse 54 aufweist, die sich radial von der Achse der Wellen 13 und 15 erstreckt. Die Öffnungen 53 nehmen jeweils geeignete Bolzen (nicht gezeigt) auf, welche das äußere Ende des Hauptabschnittes 52 des zugeordneten Einsatzes 51 in Eingriff nehmen und an der zugeordneten Welle 13 oder 15 so fixiert sind, dass sie den zugeordneten Klotz 25 oder 35 und die zugeordnete Antriebswelle 13 oder 15 miteinander verbinden.
Die Einsätze 51 umfassen ebenfalls an ihren radial inneren Enden einen Flanschteil oder - abschnitt 57, welcher in dem äußeren Abschnitt 29 des zugeordneten Klotzes 25 oder 35 versenkt ist, welcher sich bezüglich der zugeordneten Öffnungsachse 54 radial nach außen erstreckt. Vorzugsweise, wie in Fig. 3 gezeigt, ist die radiale Dicke der zylindrischen Wand des axial äußeren Abschnittes 29 der Klötze 25 und 35 im Wesentlichen gleich der radialen Ausdehnung der Einsätze 51.
In einer in Fig. 4 gezeigten alternativen Ausführungsform ist die radiale Dicke der Wand des axial äußeren Abschnittes 29 der Klötze 25 und 35 etwas geringer als die radiale Ausdehnung der Einsätze 51, und im Bereich, der die Einsätze 51 umgibt, ist die Wand des axial äußeren Abschnittes 29 der Klötze 25 und 35 vergrößert und so geformt, dass die äußere Oberfläche 31 des axial äußeren Abschnittes 29 einen Teil 59 umfasst, welcher sich nach außen radial zum radial äußeren Ende der Einsätze 51 hin verjüngt.
Während andere Konstruktionen verwendet werden können, ist bei der speziell offenbarten Konstruktion das Paar der Klötze 25 und 35 dadurch hergestellt worden, dass sie aus verstärktem Kunststoffmaterial gegossen wurden. Während andere Verstärkungen verwendet werden können, ist bei der speziell offenbarten Konstruktion das Kunststoffmaterial ein wärmeaushärtender Kunststoff, und spezieller ein Vinylester. Während andere Konstruktionen verwendet werden können, wird bei der speziell offenbarten Konstruktion die Verstärkung für die Klötze 25 und 35 durch ein geeignetes, verstärkendes Fasermaterial bereitgestellt, wie zum Beispiel Glasfaser, Kohlefaser und/oder Keflon-Faser, wobei das Fasermaterial vorab in einer im Allgemeinen röhrenförmigen und zylindrischen Vorform hergestellt wird.
Die Klötze 25 und 35 können durch jedwedes geeignete Verfahren ausgeformt bzw. gegossen werden, und vorzugsweise werden sie unter Verwendung eines Harz-Spritzpressverfahrens (resin transfer molding process = RTM) hergestellt. Während dieser Herstellung werden die verstärkende Vorform und die Einsätze 51 anfänglich in eine geeignete Position in der Form gebracht, und der Hartkunststoff wird dann in die Form eingespritzt. Beim Aushärten werden das Harz und die metallischen Einsätze miteinander verbunden.
Spezieller und bevorzugt werden die Klötze 25 und 35 in einer Pressform oder einer Spritzform (nicht gezeigt) mit einem stationären Mittel-Press- oder Spritzbauteil (nicht gezeigt) gegossen, welches eine äußere zylindrische Oberfläche umfasst, welche die innere ringförmige Oberfläche der Klötze 25 und 35 definiert. Zusätzlich umfasst die Pressform oder die Spritzform eine Umfangsreihe von Press- oder Spritzsegmenten oder -bauteilen (nicht gezeigt), welche radial gegenüber dem mittleren Formbauteil zwischen radial innen liegenden Spritz- bzw. Presspositionen und radial außen liegenden, zurückversetzten Positionen beweglich sind und welche, wenn sie in der Spritz- bzw. Pressposition liegen, die Ausbildung eines Spritz- bzw. Presshohlraums vervollständigen und die äußere, im Allgemeinen zylindrische Oberfläche der Klötze 25 und 35 definieren, sowie die axial beabstandeten Stirn- oder Seitenoberflächen der Klötze 25 und 35.
Jedwede geeignete Anordnung kann für das Führen der Bewegung der Spritz- bzw. Presssegmente zwischen Spritz- bzw. Presspositionen und den zurückversetzten Positionen verwendet werden.
Die beweglichen Spritz- bzw. Presssegmente werden durch ein ringförmiges Nockenbauteil oder einen Ring (nicht gezeigt) von den Zurückversetzten in die Spritz- bzw. Presspositionen bewegt, welches entlang der Achse der zylindrischen Öffnung zu dem stationären Mittel- Spritz- bzw. Pressbauteil hin und von diesem weg versetzt werden kann und welche eine geneigte Nockenoberfläche umfasst, die eine Komplementär-Nockenoberfläche an der radialen äußeren Oberfläche der Reihe der Spritz- bzw. Presssegmente in Eingriff nimmt, wodurch eine axiale Bewegung des Nockenrings zum stationären Spritz- bzw. Pressbauteil hin eine Radialbewegung der Spritz- bzw. Presssegmente zu den Spritz- bzw. Presspositionen hin bewirkt und eine Axialbewegung des Nockenringes weg von dem stationären Spritz- bzw. Pressbauteil ein Zurückversetzen der Spritz- bzw. Presssegmente in die zurückversetzten Positionen gestattet. Jedwede geeignete Anordnung kann verwendet werden um die axiale Bewegung des Nockenrings zu ermöglichen.
Jedes der Spritz- bzw. Presssegmente umfasst entlang seiner inneren Oberfläche eine sich ringförmig erstreckende Ringnut (nicht gezeigt), welche die axial beabstandeten Enden oder Seiten der Klötze 25 und 35 und die äußere zylindrische Oberfläche der Klötze 25 und 35 definiert. Die Nut ist durch beabstandete, sich radial nach innen erstreckende Flansche definiert, welche, wenn die Spritz- bzw. Presssegmente sich in den Spritz- bzw. Presspositionen befinden, mit dem Mittel-Spritz- bzw. Pressbauteil in Eingriff kommen, um den Spritz- bzw. Presshohlraum zu definieren. Jedes der Spritz- bzw. Presssegmente umfasst ebenfalls einen radial nach innen vorstehenden Stift (nicht gezeigt), welcher in eine komplementäre Öffnung in dem stationären, mittleren Spritz- bzw. Pressbauteil eintritt und welcher einen der Einsätze während des Spritz- bzw. Pressvorgangs hält. Was letzteres betrifft, so ist die vorgenannte Glasfaser-Vorform während des Spritz- bzw. Pressvorganges um stationäre, mittlere Spritz- bzw. Pressbauteil herum angeordnet, und die Einsätze sind in den Ringstiften der Spritz- bzw. Presssegmente angeordnet. Danach werden die Spritz- bzw. Presssegmente zur Spritz- bzw. Pressposition hin versetzt, und ein geeignetes Harz, wie zum Beispiel Vinylester, wird in den Hohlraum der Press- oder Spritzform eingespritzt. Nach dem Aushärten können die Spritz- bzw. Presssegmente manuell oder in anderer Weise in die zurückversetzten Positionen versetzt werden, und der gegossene Klotz kann von dem stationären Mittel-Spritz- bzw. Pressbauteil entfernt werden. Weil der Harz-Spritzguss gut bekannt ist, wird keine weitere oder speziellere Beschreibung hier eingebracht. Alternativ können die Klötze 25 und 35 unter Verwendung eines Kompressions- oder Einspritzverfahrens gegossen werden. RTM ist das bevorzugte Verfahren, wegen seiner Fähigkeit, die Faseranordnung und die Verstärkung zu steuern, was in verbesserten Struktureigenschaften resultiert. Wenn gewünscht kann der Harzkunststoff pigmentiert werden oder eine Gel-Umhüllung und/oder Umschleierung kann verwendet werden, um ein geeignetes Guss-Finish bereitzustellen.
Die Verwendung der offenbarten Verbundkunststoffklötze 25 und 35 ermöglicht eine wünschenswerte Gewichtsverringerung, wodurch eine Drehzahlerhöhung gestattet wird, während gleichzeitig eine verbesserte Grenz-Lastspielzahl, eine verbesserte Balance und Korrosionswiderstandsfähigkeit bereitgestellt werden. Die Verwendung der Metalleinsätze 51 an den Verbolzungsstellen verbessert die Grenz-Lastspielzahl durch das Eliminieren des Reibverschleißes oder der Delamination des Verbundmaterials unter den Bolzen und um sie herum, während zur selben Zeit verringerte Kosten resultieren und verbesserte Toleranzen bereitgestellt werden. Ferner ist eine spanabhebende Bearbeitung der äußeren Oberfläche der Klötze 25 und 35 nicht notwendig. Zusätzlich können die Steifigkeit und die Festigkeit der Klötze 25 und 35 durch das Variieren des Verstärkungsumfangs oder -typs optimiert werden.
Die Merkmale der Erfindung sind den folgenden Ansprüchen aufgeführt.

Claims

1. Elastomerkupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen zwei Wellen (13, 15), die annähernd auf einer Wellenachse (17) ausgerichtet sind, wobei die Kupplung ein Kompositbauteil (21) aufweist, das ein Elastomer-Mittelelement (23) umfasst, und einen Klotz (25), der aus verstärktem Kunststoffmaterial hergestellt ist, mit einem ersten Abschnitt (41), der mit dem Mittelelement (23) verbunden und darin angeordnet ist, und mit einem zweiten Abschnitt (29), der sich axial von dem ersten Abschnitt (41) und von dem Mittelelement (23) erstreckt und angepasst ist, um mit einer der Wellen verbunden zu werden, und mit mindestens einem Metalleinsatz (51), der in den zweiten Abschnitt eingeformt ist, wobei der Einsatz einen Hauptabschnitt mit einer Mittelöffnung aufweist, mit einer Achse, die sich im Wesentlichen radial gegenüber der Achse der Welle erstreckt.

2. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1, bei der der Klotz mit Fasermaterial verstärkt ist.

3. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1, bei der der zweite Abschnitt im Wesentlichen zylindrisch ist und bei der der erste Abschnitt ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ist.

4. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1, bei der der zweite Abschnitt eine äußere Oberfläche umfasst, und bei der der Einsatz ebenfalls einen Flanschteil (57) umfasst, der in den zweiten Abschnitt versenkt ist und sich gegenüber der zugeordneten Öffnungsachse radial nach außen erstreckt.

5. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1, bei der das Mittelelement in einer radialen Ebene, die sich von der Wellenachse und an dieser entlang erstreckt, einen nach innen geöffneten und im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, mit einem Paar beabstandeter Schenkel.

6. Elastomerkupplung (11) zum Übertragen eines Drehmoments zwischen zwei Wellen (13, 15), die annähernd auf einer Wellenachse ausgerichtet sind, wobei die Kupplung ein Kompositbauteil (21) aufweist, das ein Elastomer-Mittelelement (23) umfasst, das in einer radialen Ebene, die sich von der Wellenachse und an dieser entlang erstreckt, einen nach innen geöffneten, im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit einem Paar beabstandeter Schenkel, sowie erste und zweite Klötze (25), die sich in gegenüberliegenden Axialrichtungen von dem Mittelelement erstrecken, die aus mit Fasermaterial verstärktem Kunststoffmaterial hergestellt sind und die jeweils einen röhrenförmigen und zylindrischen ersten Abschnitt (41) aufweisen, der in und mit den Schenkeln des Mittelelements verbunden ist und ein äußeres Ende aufweist, einen röhrenförmigen und zylindrischen zweiten Abschnitt (29), der sich axial vom äußeren Ende des röhrenförmigen und zylindrischen ersten Abschnittes (41) erstreckt und ein äußeres Ende aufweist, und eine Vielzahl von Einsätzen (51), die in dem zweiten Abschnitt axial innerhalb des äußeren Endes des zweiten Abschnitts und in bogenförmig beabstandeter Relativanordnung in einer kreisförmigen Anordnung eingeformt sind, und die jeweils einen Hauptteil (52) umfassen sowie eine Mittelöffnung mit einer Achse (54), die sich radial bezüglich der Wellenachse erstreckt und angepasst ist, um einen Bolzen aufzunehmen, der angepasst ist, um mit einer der Wellen verbunden zu werden.

7. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 6, bei der das Hauptteil radiale innere und äußere Enden umfasst, wobei die Einsätze jeweils auch Flanschteile (57) umfassen, die in dem zweiten Abschnitt (29) des zugeordneten ersten oder zweiten Klotzes versenkt sind, der sich vom inneren Ende des Hauptteils erstreckt und sich bezüglich der zugeordneten Öffnungsachse radial nach außen erstreckt, wobei der zweite Abschnitt eine äußere Oberfläche umfasst, und wobei das äußere Ende des Hauptteils benachbart zur äußeren Oberfläche angeordnet ist.

8. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 6, bei der die Einsätze aus Pulvermetall hergestellt sind.

9. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 6, bei der das Fasermaterial aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Glasmaterial, einem Kohlenstoffmaterial und einem Kevlarmaterial besteht.

10. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 6, bei der das Plastikmaterial ein wärmeaushärtendes Harz umfasst.

11. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 10, bei dem das warmeaushärtende Harz ein Vinylester umfasst.

12. Elastomerkupplung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 6, bei der das Mittelelement aus Polyurethan hergestellt ist.