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Winkelbewegliche elastische Kupplung Die Erfindung betrifft eine winkelbewegliche
elastische Kupplung zwischen zwei Wellen, deren Achsen sich zwar schneiden oder
in geringem Abstand aneinander vorbeigehen, im Betrieb aber eine gewisse Winkelbeweglichkeit
gegeneinander haben müssen. Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zu-",runde, eine
von der Wellenanordnung unabhängige, also auch für konzentrische Wellen anwendbare,
winkelbewegliche Kupplung zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen, d. h. bei starker
Beschränkung des verfügbaren Raumes, die Übertragung erheblicher, auch stoßartig
auftretender Drehmomente gestattet, für rauhen Betrieb geeignet ist und keiner besonderen
Wartung bedarf.
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Winkelbewegliche elastische Kupplungen sind seit langem bekannt. Sehr
gebräuchlich ist z. B. die elastische Scheibenkupplung. Bei dieser wird die M'iukelbeweglichkeit
der M'ellenachsen durch eine nichtmetallische Scheibe aus elastisch verformbarem
Stoff; z. B. aus gummiertem Gewebe, erreicht, die mit drei oder mehr auf einem Kreis
verteilten Punkten an einem Flansch der einen Welle und mit dazwischenliegenden
Punkten an einem Flansch der anderen NVelle durch Abstandsbolzen befestigt ist.
Diese Kupplung wird im Kraftfahrzeugbau viel verwendet. Sie eignet sich wegen der
ungünstigen Beanspruchung des elastischen Gliedes auf lug, Druck und Schub und wegen
der Möglichkeit des Ausbiegens dieses Gliedes nur für verhältnismäßig geringe Drehmomente.
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Es sind auch winkelbewegliche elastische Kupplungen bekannt, bei denen
die Klauen zweier Klauenkränze, von denen der eine auf dein treibenden, der andere
auf dein getriebenen Kupplungsteil
konzentrisch zur Achse der zugehörigen
Welle am geordnet ist, einander in Umfangsrichtung abwechselnd Überlappen, wobei
zur Übertragung det Tangentialkräfte der Kupplung Gummikörper dienen, die inZwischenräume
zwischen den einandez zugekehrten Klauenflanken der beiden Klauenkränze eingefügt
sind. Man hat auch bereits. erkannt, daß es für die Lebensdauer der Weichgnmmikörper
nicht günstig ist, wenn im Betrieb eine gleitende Reibung zwischen diesem Weichgummikörper
und den Klauenkränzen stattfindet. Urn dies zu vermeiden, ist es bekannt, die Weichgummikörper
mit Vorspannung zwischen den Klauenkränzen anzuordnen, und zwar mit einer Vorspannung
derartiger Größe, daß auch bei unbelasteter Kupplung beim Verschwenken der Weilen
keineRelativbewegung zwischen den Klauenkränzen und den Weichgummikörpern stattfindet.
Bei einer ähnlichen Anordnung erhält an dessen Stelle der Weichgummikörper an der
Berührungsfläche mit dem Nauenkranz radiale Rippen; die sich beim Arbeiten der Kupplung
durchbiegen, jedoch nicht gleiten. Diese bekannten Anordnungen haben aber den Nachteil,
daß einesteils die Herstellung schwierig ist, anderenteils die gleitende Reibung
zwischen dem Weichgummikörper und den Klauenkränzen namentlich nach längerem Betrieb
nicht mit Sicherheit unterdrückt werden kann.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung, bei der ebenfalls Klauen zweier
Klauenkränze einander in der Umfangsrichtung abwechselnd überlappen und bei der
zur übertragung der Tangentialkräfte Weichgummiklötze dienen, die in Zwischenräume
zwischen den einander zugekehrten Klauenflanken der beiden Klauenkränze eingefügt
sind, wird eine gleitende Reibung zwischen den Klauenflanken und den Weichgummikörperndadurch
vermieden, daß erfindungsgemäß die Tangentialkräfte von den Klauenflanken auf die
Oberfläche der Gummiklötze durch Metallplatten übertragen werden, die auf die Gummiklötze
aufvulkani@siert sind. Es ist bekannt, daß man zwischen Gummi und Metall durch Aufvulkanisierung
eine sehr zuverlässige und größere Beanspruchungen gewachseneVerbindung herstellen
kann, so daß eher-der Gummikörper zerstört wird, als &ß er sich von der Metallfläche
löst. Werden diese aufvulkanisierten Metallplatten dann noch in passenden Aussparungen
der Klauenflanken gelagert oder durch Umbördeln ihrer vorstehenden Ränder um die
Kanten der Klauen herum in bezug auf die Klauen festgelegt, so tritt in der Kupplung
überhaupt keine Gleitreibung mehr auf. Das gleiche Ziel läßt sich, dadurch erreichen,
daß die Gummiklötze mit den Klauenflanken beider Zahnkörper zusammenvulkanisiert
werden.
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Besonders günstig ist es bei der Kupplung nach der Erfindung, wenn
die Gurnmiklöt.ze in an sich bekannter Weise mit Druckvors.pannung in die Kupplung
eingefügt werden. Wählt man erfindungsgemäß die Druckvorspannung groß genug, so
bleibt im Betrieb auch bei vollem Drehmoment in sämtlichen Klötzen eine Druckspannung
bestehen, nur daß der eine Klotz jeweils stärker zu.s.ammengepreßt, der folgende
dagegen entlastet wird. Es beteiligen sieh also auch (dann, wenn die Klötze nicht
an den Kläuenflanken festvulkanisiert sind, sämtliche Gummiklötze an der Kraftübertragung,
ohne daß die entlasteten Klötze Spielraum bekommen. Verzichtet man auf die Druckvorspannung;
was aus anderen Gründen manchmal zweckmäßig sein kann, so ist es, um einen toten
Spielraum der Hälfte der Klötze zu vermeiden, ratsam, die Klötze fest an die Klauenflanken
zu vulkanisieren. Dann tritt allerdings in der Hälfte der Klötze Zugbeanspruchung
auf. Die Vermendüng von Zugspannungen im Gummi ist aber insofern sehr günstig, als
bei dieser Beanspruchungsart der Gummi mit Rücksicht auf Materialermüdung nicht
so hoch beansprucht werden darf wie bei reiner Druckbeanspruchung. Für das gleiche
Höchstdrehmoment ergibt daher die Vorspannung kleinere Kupplungsabmessungen.
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Die Erfindung möge an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
noch weiter erläutert werden. Die Fig. i a und i b zeigen in radialem und axialem
Schnitt eine Kupplung nach der Erfindung, bei der die das Drehmoment übertragenden
Zähne i' bzw. 2' aus zylindrischen Teilen i und 2 der beiden Kupplungshälften radial
herausragen. Zwischen :die Klauen i' und 2' sind die Gummiklötze 3 eingefügt, die
an Metallplatten oder Leitbleche 4 anvulkani-siert Sind. Sie werden zweckmäßig unter
Druck in axialer Richtung eingepreßt, so daß sie eine Druckvorspannung erhalten.
Bei diesem Einpressen, das mit einer besonderen Preßvorrichtung geschehen kann,
können die nachlaufenden Kanten 4" der Leitbleche bereits umgebördelt sein. Die
vorauslaufenden Blechkanten 4.' werden jedoch erst, nachdem die Gummiklötze in ihre
endgültige Lage gebracht sind, um die Klauenkanten herum umgebördelt, so daß die
beiden Borde jedes Leitbleches die Gummiklötze zwischen den Klauen axial festlegen.
Selbstverständlich kann man auch so vorgehen, daß die nachlaufenden Kanten q." der
Leitbleche 4, die man in diesem Falle als Angriffsstellen des Einpreßdruckes benutzen
kann, erstnachträglich umbördelt werden. Es ist zweckmäßig, wenn die freien Oberflächen
der Gummiklötze in noch nicht zusammengedrücktem Zustand konkav ausgeführt wierden.
Die Gummiklötze können dann etwa die- in Fig. 2 durch den Umriß A-B-C'-D' dargestellte
Form erhalten. Sie gehen zusammengedrückt in die ausgezogene Form A-B-C-D über.
Die Klauen, die in den Fig. i a und i b geradlinig gestaltet sind; können auch Bogenform
erhalten, wodurch ohne Beeinträchtigung der Beweglichkeit der Kupplung etwas an
wirksamer Klauenfläche gewonnen wir& Wie schon oben erwähnt, verhüten die Leitbleche
bei kleinstem eigenem Raumbedarf bzw. Raumverlust eine gleitende Reibung an der
Gummioberfläche, die zu einer raschen Abnutzung des Gummis. führen könnte. Durch
die Vorspannung beim Einpressen wird bei entprechender Bemessung erreicht, daß die
Entlastung der Klötze der einen Hälfte durch das Drehmoment nicht so groß wird,
daß die Klötze etwa tangential Spielraum bekommen oder gär herausfallen können.
Sämtliche Klötze
bleiben auch bei den höchsten Drehmomenten auf
Druck beansprucht, was kleinere Abmessungen für die vorgespannte Kupplung ermöglicht.
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Tritt eine Neigung der Wellenachsen gegeneinander ein, dann wandern
diejenigen Klauen, die in der Ebene liegen, welche die beiden sich schneidenden
Wellenachsen enthält, axial aus den Klauen i' aus. Die Gummiklötze, die an diesen
Klauen anliegen, erfahren dabei eine Schubverformung. Die tangentiale Vorspannung
der Klötze erweist sich auch 'hierbei als vorteilhaft, denn sie erlaubt, die Schubverformung
ohne Schaden für den Gummi verhältnismäßig groß werden zu lassen. Die Borde der
Leitbleche d. sorgen dafür, daß auch hier kein Gleiten zwischen den Klötzen und
den Klauen eintritt.
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Diejenigen Klauen des Klauenkranzes 2', die sich in einer zu der soeben
genannten Ebene senkrecht liegenden Ebene befinden, wandern nicht axial aus, sondern
ändern ihre Flankenneigung, wie es der in Fig. 3 dargestellte Schnitt durch d!ie
Ebene E-F (Fig. i a) zeigt. Während die Klauen :2' vorher parallel zu den Nachbarklauen
i' standen, liegen sie jetzt schräg dazu. Hierdurch werden die Klötze nach der einen
Stirnfläche hin etwas stärker zusammengedrückt, nach der anderen 'hin etwas. entlastet.
Bei geeigneter Bemessung der Klotzdicke sind Neigungswinkel von etwa ± 6° ohne nachteilige
Folgen für den Gummi tragbar.
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Es ist vorteilhaft, die Zwischenräume zwischen den Klauen i' und 2'
so zu bemessen, daß sie, wie in Fig. i a dargestellt, nach außen hin zunehmen, und
zwar in der Weise, daß die infolge des größeren Radius bei 2" gegenüber 2"' stattfindende
Zusammendrückung im Verhältnis zum spannungsfreien Ausgangsklotz an den genannten
Punkten ungefähr denselben verhältnismäßigen Betrag ausmacht. Die Erweiterung der
Zwischenräume zwischen den Klauen kann nach der Federkennlinie des. Gummiklotzes
so bemessen werden, daß die Druckspannungen nicht nur im entlasteten Zustand der
Kupplung, sondern auch beim Hindurchleiten des Drehmomentes im ganzen Bereich des
Klotzes annähernd gleich hoch sind.
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Statt die Klauen radial aus zylindrischen Ringen herausragen zu lassen,
kann man sie gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch auf anderen
Rotationskörpern anordnen. So zeigt Fig. .l eine Kupplung, bei der die Klauen 7'
und 8' aus kreisscheibenförmigen Flächen der auf denWellen 5 und 6 befestigten Kupplungsteile
7 und 8 herausragen. Die Klauenköpfe des einen Klauenkranzes müssen dann aber von
der Oberfläche der Gegensc'heibe einen ausreichend großen axialen Abstand haben,
um bei Winkelneigungen der Wellen genügend Bewegungsraum zu haben. Man kann auch
die Klauen 9', wie in Fig. 5 dargestellt, aus einer kegelförmig gestalteten Fläche
des Kupplungsflansches 9 herausragen lassen und ihre Klauenköpfe ebenfalls nach
außen hin zurücktreten lassen. Die Befestigung der Gummiklötze kann bei dieser Anordnung
der Klauen ebenfalls durch Leitbleche mit umgebördelten Kanten, auf die die Klötze
aufvul'kanisiert sind, bewirkt werden. Die Klauen können in axialer Richtung unveränderlichen
Querschnitt besitzen. Die Klötze können dann in sehr einfacher Weise radial von
außen eingepreßt und durch einen alle umschließenden Ring in ihrer Lage gehalten
werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Gummiklötze zwischen den Klauen festzulegen,
ist in Fig.6 dargestellt. Hier sind die Klauen 7' bzw. 8' an ihren Flanken mit Aussparungen
versehen, in welche die auf die Gummiklötze aufvulkanisierten Metallplatten 4 genau
hineinpassen. Durch geeignete Formgebung der Aussparungen läßt sieh dabei auch eine
radiale! Festlegung der Klötze erzielen. Man kann aber auch hier wieder von dem
schon erwähnten, alle Klötze umschließenden Ring Gebrauch machen.
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Wenn man die Klauen bei den Anordnungen nach Fig. d. bis 6 nach den
Klauenköpfenhin zwecks Raumersparnis wieder verjüngen will, kann es unter Umständen
vorteilhaft sein, auf die Vorspannung der Klötze zu verzichten, um nicht die dadurch
bedingten Axialkräfte in Kauf nehmen zu müssen. Dann werden aber die Gummiklötze
zweckmäßig unmittelbar auf die Klauenflanken aufvulkanisiert, um ein-Iri freien
Spielraum bei Belastung zu verhindern. Bei der Winkelbewegung treten dann allerdings
in den Gummisehidhten auch in,der die Wellenachse enthaltenden Ebene nicht mehr
nur reine Schubverformungen auf, sondern infolge der Schrägstellung der Schichten
auch sehwache Druck- und Zugverformungen. Da aber die Abweichung der Schichtrichtung
von der Parallelität zur Achse nur sehr klein ist, bleiben die zugehörigen Druck-
und Zugspannungen unschädlich.
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Man kann die Winkelbeweglichkeit noch weiter vergrößern, wenn man,
wie in Fig.7 dargestellt, noch einen oder mehrere beiderseits mit Klauen versehene
Zwischenringe io vorsieht, die mit den klauentrag@enden Endstücken der Kupplung
bzw. untereinander durch einvulkanisierten Gummi verbunden sind. Es entsteht auf
diese Weise gewissermaßen eine biegsame Welle, die sehr biegeweich ist und trotzdem
bei kleinem Außendurchmesser verhältnismäßig große Drehmomente zu übertragen imstande
ist.