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Elastisches Gelenk und Verfahren zu seiner Herstellung Gegenstand
der Erfindung ist ein schwingendes Gelenk von der Art, bei welcher ein Ring aus
Kautschuk oder einem anderen elastischen Material zwischen zwei Metallbüchsen derart
zusammengedrückt ist, daß die relative Drehung der beiden Büchsen sich durch eine
molekulare Verformung des Kautschuks überträgt.
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Das Ausmaß der möglichen Winkelverformung eines solchen Gelenkes wird
durch das Gleiten des Kautschuks auf dem 1NIetall begrenzt, was dann erfolgt, wenn
die Reibung ungenügend wird, um die Verzerrungsbeanspruchung der Kautschukfasern
auszugleichen. Da diese Reibung außerdem der Ausdehnung der Berührungsfläche proportional
ist, ist sie auf der inneren Büchse wesentlich geringer als auf der äußeren Buchse,
so daß das Gleiten zuerst auf der inneren Büchse auftritt.
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Es wurde bereits versucht, diese Gleitgrenze dadurch zu erweitern,
daß man den Kautschukring auf der inneren Büchse aufklebt, aber in diesem Fall erzeugt
die Verformung des Kautschuks Fehler, die entweder einen vorzeitigen Verschleiß
des Gelenkes hervorrufen oder dessen Fähigkeit, die Teile, die das elastische Gelenk
miteinander verbinden soll, standfest gegeneinander zu führen, beeinträchtigen.
Die
Erfindung hat insbesondere den Zweck, bei einem Gelenk mit den gegebenen Merkmalen
das Ausmaß der möglichen Winkelverformung ohne die vorerwähnten Nachteile zu erhöhen.
Sie zielt ferner darauf hin, zusätzlich auf der einen Seite die Möglichkeit der
Übertragung der Verdrehungsmomente für eine gegebene Winkelverformung zu erhöhen,
was dann von Vorteil ist, wenn das Gelenk ein Drehmoment (Kupplung) übertragen soll,
und andererseits die Größe der axialen Verformung unter Wirkung einer Längsbeanspruchung
zu verringern.
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Das Gelenk nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Krümmung der Endflächen des elastischen Ringes in freiem Zustand eine solche ist,
daß dieser elastische Ring, der in unbelastetem Zustand über den gesamten Umfang
der inneren Büchse aufgeklebt ist, nach der radialen Deforination mit einem im wesentlichen
gleichmäßigen Druck an der äußeren Büchse haftet, wobei die Endflächen des elastischen
Materials eben oder schwach gewölbt sind und mit den Enden der äußeren Büchse bündig
abschneiden oder gegenüber dieser leicht zurückgezogen sind.
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Das Gelenk nach der Erfindung bietet unter anderem den Vorteil, daß
während der Schwingungen keine Reibung der Enden des Kautschuks oder eines anderen
elastischen Materials am Material der Innenbüchse auftritt, welche Reibung die Hauptursache
für die Zerstörung der vorhandenen Gelenke aus zusammengepreßten elastischen Stoffen
ist. Die Merkmale der Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß sind also'merklich verbessert,
ohne daß die Fasern der hohen Zugbeanspruchung ausgesetzt werden, die bei nach üblichen
Verfahren verklebten Gelenken ihre Zerstörung mit sich bringt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, bei welcher auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen eine
Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt ist.
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Abb. i zeigt ein Gelenk nach der Erfindung während der Herstellung
vor der Anbringung der äußeren Büchse, wobei das fertige Gelenk in strichpunktierten
Linien dargestellt ist; die Abb. 2 bis 4 zeigen in Längsschnitten in kleinerem Maßstab
als auf der Abb. i die Art und Weise, wie die Krümmung der Endflächen des Kautschukringes
bestimmt wird; Abb. 5 ist ein analoger Schnitt des so erhaltenen elastischen Gelenkes;
die Abb. 6 und 7 zeigen Ausführungsformen, bei denen mehrere Gelenke oder mehrere
Ringe nebeneinander angeordnet sind. Der Teil jeder dieser Abbildungen, der oberhalb
der Achse liegt, stellt die elastischen Ringe in freiem Zustand dar, während die
Teile, die unterhalb der Achse liegen, das fertige Gelenk wiedergeben.
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In Abb. i besteht das fertige Gelenk i wie ein übliches Gelenk aus
einem zwischen einer inneren Büchse i und einer äußeren Büchse 2 radial zusammengepreßten
Kautschukring, dessen Endflächen 3 und 4 frei bleiben. Während der Kautschuk an
der Büchse 2 nur durch den radialen Druck anhaftet, haftet er an der Büchse i über
die ganze Länge EF durch Verkleben, Vulkanisation oder sonstige in der Technik bekannte
Mittel. Um wirksam zu sein, muß das Anhaften an der Büchse i der Deformierung des
Kautschuks vorangehen. Wenn nun der Längsschnitt des Ringes in unbelastetem Zustand
rechtwinklig ist, wie er in üblicher Weise wiedergegeben wird durch ABCD, so würde
das Verkleben nur auf der Länge CD erfolgen, und nach der Verformung würde
sich der Kautschuk auf den Teilen D E und E F der Büchse i anlegen
und an diesem nicht verklebt sein. Sein Anhaften, das lediglich vom Druck herrührt,
würde daher geringer sein als in dem Teil CD, wodurch das Ausmaß der möglichen
Winkelverformung eingedrückt würde bzw. ein vorzeitiges Gleiten in den Abschnitten
EC und DF und damit eine Erwärmung und ein Verschleiß des Gelenkes und dessen mehr
oder minder rasche Zerstörung bewirkt würden.
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Um diesem Nachteil abzuhelfen, könnte man daran denken, an den Enden
des Kautschukringes in unbelastetem Zustande konische Flächen A'E und B'F vorzusehen
und den Ring längs der Mantellinie EF zu verkleben, aber man würde dann feststellen,
daß der Kautschuk an den Enden vorquillt und Wülste bildet, die ebenfalls den Verschleiß
des Gelenkes hervorrufen, besonders wenn die Gelenke eine beträchtliche axiale Länge
haben. Versucht man nun, die Länge A'B' der kleinen Seite des Trapezes zu verringern,
um das Volumen des elastischen Materials auf den streng nötigen Wert zu begrenzen
und dieses seitliche Entweichen des Kautschuks zu verhindern, so findet man, daß
die Verteilung der Drucke über die Außenbüchse 2 so schlecht wird, daß sich diese
äußere Büchse 2 gegenüber der inneren Büchse i beträchtlich neigen kann, wobei das
Gelenk dann aufhört, seinen Hauptzweck, als Führungsglied zu wirken, zu erfüllen.
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Die Erfindung besteht nun darin, den Außenflächen A G E und
B H F des Kautschukringes in freiem Zustande solche Krümmungen zu geben,
daß diese Nachteile vollständig vermieden werden, das heißt, daß der mit der Innenbüchse
in Berührung stehende Kautschuk in zusammengepreßtem Zustand in allen seinen Punkten
mit dieser Büchse über die ganze Länge EF verklebt wird, während der Kautschuk an
der Außenbüchse mit einem im wesentlichen gleichförmigen Druck über die Länge PQ
(Abb. i) haftet, und daß die Stirnflächen 3, 4 des komprimierten Ringes eben oder
schwach gewölbt sind und entweder bündig mit den Enden der Außenbüchse 2 abschließen
oder gegen diese leicht zurücktreten.
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Die theoretische Bestimmung der Kurven A G E und BHF ist ziemlich
schwierig, weil die elastische Verformungskurve des Kautschuks nicht geradlinig
ist und zahlreiche veränderliche Größen, wie der Durchmesser der Büchsen, der Zusammenpressungsgrad,
die Beschaffenheit des verwendeten Kautschuks, zu berücksichtigen sind.
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Dagegen ist die Bestimmung dieser Kurven
durch Versuche
leicht. Zu diesem Zweck geht von einem Ring 5 mit dem Querschnitt EFI
K (Abb. 2) und mit der gleichförmigen radialen Wandstärke E I und
der axialen Länge E F aus, die der des herzustellenden Ringes gleich ist,
und man leimt diesen Ring 5 über seine ganze Länge EF auf eine innere zylindrische
Büchse oder Dorn ja auf, die den gleichen äußeren Durchmesser wie die Büchse i der
Abb. i besitzt.Alsdannwird die Außenbüchse 2a (Abb. 3) von gleichem inneren Durchmesser
wie die Büchse 2 (11b. i) durch beliebige bekannte Mittel (Aufschieben, Aufschrumpfen
u. dgl.) aufgesetzt, wodurch der Kautschukring 5 verformt wird, so daß ein Querschnitt
LIIINO entsteht (Abb. 3). Alsdann werden die Außenbüchse 2a und der Kautschukring
beispielsweise durch Schleifen längs der Transversalebenen X X und
Y Y (Abb. 3), die durch die Punkte E und F gehen, getrennt, wodurch man das
Gelenk der Abb. 4 erhält, das genau dem herzustellenden Gelenk entspricht, in dem
der Kautschuk vom Querschnitt EFPQ auf den inneren Dorn ja entlang EF aufgeklebt
ist und gleichmäßig durch Kompression an der äußeren Büchse 2a haftet, während die
Außenflächen E P
und F Q eben oder schwach gewölbt sind.
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Es genügt dann, die Außenbüchse 2a abzuschneiden und zu entfernen,
damit der Kautschukring in den unbelasteten Zustand zurückkehrt und die Form, dargestellt
in A G E und BGH, der Abb. 5 annimmt. Diese Form ist genau die auf
der Abb. i dargestellte, welche es ermöglicht, den Ring 6 (Abb. 5) als Modell zum
Gießen von Ringen zu verwenden, die für die beschriebenen Gelenke dienen sollen.
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Um ein Gelenk von größerer Länge zu erhalten, kann man entweder mehrere
solcher gleichen Gelenke 6, wie auf der Abb. 6 dargestellt, in einer äußeren Büchse
7 und einer zentralen Achse 8 anordnen, oder mehrere Kautschukringe 9 nebeneinander
zwischen zwei koaxialen Rohren io und i i, wie auf der Abb. 7 dargestellt, einbauen.
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Desgleichen kann man mehrere Gelenke von geeigneten Durchmessern in
der Wandstärke übereinander anordnen, um eine Winkelverformung zu erhalten, die
ein Mehrfaches von derjenigen ist, die mit einem einzigen Gelenk erhalten wird.