ES2217820T3 - Acoplamiento elastico de arboles. - Google Patents

Abstract

Acoplamiento elástico de árboles, que presenta como elemento de transmisión (1) al menos un elemento de torsión (1) con al menos un cuerpo elastomérico (3) deformable elásticamente, al que se han aplicado bridas de conexión (2) axiales fijadas por el lado de accionamiento y el de salida, aumentando la anchura radial del cuerpo elastomérico (3) radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, caracterizado porque la anchura axial al menos del cuerpo elastomérico (3) más exterior, radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, aumenta desproporcionadamente en la región exterior del cuerpo elastomérico (3), presentando las dos bridas de conexión axiales (2) una forma cimbreada continuamente una con relación a la otra, sin pandeo, en la superficie límite entre elastómero y metal.

Description

Acoplamiento elástico de árboles.

La presente invención se refiere a un acoplamiento elástico de árboles, que presenta como elemento de transmisión al menos un elemento de torsión con al menos un cuerpo elastomérico deformable elásticamente, al que se han aplicado bridas de conexión axiales fijadas por el lado de accionamiento y el de salida, aumentando la anchura radial del cuerpo elastomérico radialmente, según se mira desde dentro hacia fuera.

En los acoplamientos de árboles de este tipo se han vulcanizado fijamente bridas de conexión sobre las superficies frontales axiales de al menos un cuerpo de goma que sirve de elemento de transmisión. A través de las bridas de conexión se incluye el acoplamiento de árboles en el ramal de accionamiento, realizándose la transmisión del par de giros exclusivamente a través del material de goma del cuerpo elastomérico. A causa de su elasticidad, estos elementos de torsión sufren en caso de carga un cizallamiento giratorio alrededor del eje del árbol. Con ello se desacoplan del ramal de accionamiento conectado variaciones de los pares de giro mediante la elasticidad del o de los cuerpos de goma.

A causa de los cambios de carga habituales en funcionamiento se produce una carga dinámica considerable de los elementos de transmisión. Ésta se manifiesta por una parte en unos esfuerzos de dilatación considerables de la unión entre las bridas de conexión y el cuerpo elastomérico. Por otra parte se llega a causa de efectos visco-elásticos, es decir, rozamiento interior de los materiales elastoméricos, a una conversión de energía mecánica en calor. A causa de la relativamente reducida capacidad de conducción térmica del material de goma pueden producirse por medio de esto picos térmicos, los llamados nidos de calor. Con ello no deben superarse fundamentalmente temperaturas límite específicas del material, ya que en caso contrario pueden producirse daños locales. Esto es especialmente aplicable para la región de las superficies laterales exteriores, ya que allí la dilatación alcanza los valores máximos. De aquí se obtiene un esfuerzo especialmente elevado en la transición de la unión goma-metal, lo que naturalmente no debe pasarse por alto a causa del efecto de entalladura sobre la arista límite exterior. Aparte de esto el calentamiento inherente a la carga mecánica no debería superar sobre la superficie de material los valores límite prefijados, ya que en caso contrario se acelerarían en exceso los procesos de envejecimiento que allí se producen.

En el estado de la técnica se han solucionado con éxito los problemas anteriormente explicados mediante configuraciones constructivas, de tal manera que los acoplamientos de goma están considerados desde hace largo tiempo elementos constructivos muy fiables con características de funcionamiento ventajosas. Mediante configuraciones constructivas especiales se reducen con ello las cargas locales a una medida inocua. Para esto, o bien se limita directamente la aparición de cargas mecánicas o térmicas locales y/o se presta atención a una refrigeración efectiva. Algunas medidas ventajosas con relación a esto se indican por ejemplo en el documento DE 37 10 390 C2. En el mismo las bridas de conexión están configuradas en forma de envuelta cónica, de tal manera que el cuerpo de goma obtiene una sección transversal en forma de V que se ensancha linealmente hacia el exterior. Por medio de que la anchura acial del cuerpo elastomérico aumenta radialmente según se mira de dentro hacia fuera, las fibras exteriores tienen una longitud elástica mayor. La menor dilatación local que se obtiene por medio de esto es ventajosa en cuanto al desarrollo térmico y al esfuerzo que sufren las superficies límite entre goma y metal.

El calor de pérdida que aparece se evacúa efectivamente a través de otras medidas, como la configuración segmentada de los elementos de transmisión y la introducción de ventanas de refrigeración que se extienden de forma continua.

La tendencia a densidades de potencia cada vez mayores, al mismo tiempo que un espacio de montaje menor, hace sin embargo necesaria una optimación ulterior de los acoplamientos elastoméricos conocidos según el estado de la técnica.

De la patente norteamericana 2 742 769 se conoce un acoplamiento elástico de árboles, que presenta un cuerpo elastomérico entre dos bridas de conexión. Sin embargo, ha quedado demostrado que los cuerpos elastoméricos de este tipo, en especial con pares de giro variables, dejan de funcionar rápidamente sobre todo en el radio exterior, aunque no se alcance el par de giro a rendir estacionariamente.

En la patente norteamericana 2 295 316 se presenta igualmente un acoplamiento elástico de árboles con cuerpos elastoméricos, como los que se utilizan en accionamientos mecánicos pequeños. La forma del cuerpo elastomérico entre los extremos de árboles conduce sin embargo a que el cuerpo elastomérico se destruya a causa de sobrecargas locales, en especial sobre la superficie límite entre elastómero y metal.

Partiendo de los inconvenientes explicados en el estado de la técnica, la invención se ha impuesto la tarea de crear un acoplamiento elástico de árboles que, teniendo en cuenta la capacidad de carga específica del material del elastómero, la baja capacidad de conducción térmica de los elastómeros y la carga que aumenta hacia el exterior del cuerpo elastomérico, presente una baja relación entre la dilatación de pico y la dilatación base y, de esta forma, tenga una vida útil mucho más larga.

Para solucionar esta tarea, la invención propone que la anchura axial al menos del cuerpo elastomérico más exterior, radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, aumenta desproporcionadamente en la región exterior del cuerpo elastomérico, presentando las dos bridas de conexión axiales una forma cimbreada continuamente una con relación a la otra, sin pandeo, en la superficie límite entre elastómero y metal.

Conforme a la invención, la sección transversal del cuerpo elastomérico tiene al menos una región radial interior y otra exterior, creciendo más rápidamente en la región exterior la anchura axial con radio en aumento que en la región interior. Mientras que la anchura del cuerpo elastomérico en el estado de la técnica aumenta sólo linealmente por toda la sección transversal, mediante las bridas de conexión en forma de envuelta cónica, es decir proporcionalmente, aumenta más rápidamente la anchura elástica efectiva hacia fuera, conforme a la invención, al menos por tramos.

Una configuración especialmente ventajosa de la invención prevé que la sección transversal del cuerpo elastomérico esté ensanchada en forma de campana radialmente, según se mira desde dentro hacia fuera. Con la configuración en forma de campana, que también podría designarse como en forma de cáliz o tulipa, se quiere indicar una transición continuamente cimbreada, redondeada entre las diferentes regiones. La evitación de un recorrido con pandeo de las bridas de conexión lleva a un esfuerzo uniforme sobre la superficie límite entre la goma y el metal. Con ello se evitan en gran medida discontinuidades.

La invención puede trasladarse naturalmente también a un cuerpo elastomérico configurado anularmente de forma continua, así como a uno segmentado.

La ventaja especial de la invención se obtiene de que la longitud del recorrido elástico en las regiones exteriores se sintoniza mejor para los esfuerzos mecánicos y térmicos que allí se producen, que aumentan desproporcionadamente con el radio. Con ello se aumenta además la superficie lateral exterior del cuerpo elastomérico, hasta tal punto que se obtienen menores dilataciones locales y al mismo tiempo una mejor emisión térmica al aire ambiente. Por medio de esto se reducen claramente los efectos de envejecimiento citados al comienzo. Con una dimensión dada de la superficie total de la sección transversal del cuerpo elastomérico se obtiene en total un esfuerzo más homogéneo. En comparación con las formas constructivas de acoplamiento ya conocidas, por ejemplo de los ya citados documentos DE 37 10 390 C2 o DE 33 10 695 C2, se aumenta de este modo la densidad de potencia que puede transmitirse. Esto significa que para un par de giro dado, el acoplamiento puede ser más pequeño y con ello necesita menos espacio de montaje. Alternativamente puede transmitirse una potencia correspondientemente mayor con un acoplamiento con las mismas dimensiones.

Para solucionar la problemática explicada al principio, una forma de ejecución especialmente ventajosa prevé que el elemento de transmisión presente al menos un cuerpo elastomérico interior y al menos un cuerpo elastomérico exterior, estando dispuestos los cuerpos elastoméricos coaxialmente al eje del acoplamiento con una distancia radial entre ellos y teniendo, con ello, una brida de conexión común por el lado de accionamiento y por el de salida. Esta configuración conforme a la invención puede materializarse en combinación con los cuerpos elastoméricos, que se ensanchan hacia fuera desproporcionadamente conforme a la invención.

Un elemento de torsión configurado de este modo presenta en dirección radial no sólo cuerpos elastoméricos enterizos, sino al menos dos o más separados en forma de anillo o segmento, que tienen una distancia radial entre ellos, teniendo tanto en el lado de accionamiento como en el lado de salida, respectivamente, una brida de conexión común, radialmente continua. Esto significa que los cuerpos respectivamente elastoméricos exteriores circundan los internos, con la formación de canales de refrigeración que se extienden de forma continua en dirección periférica.

Una ventaja especial de la invención se obtiene de que los canales de refrigeración recorridos por aire, que se extienden de forma continua en dirección periférica, están limitados axialmente mediante las bridas de conexión metálicas. El calor que se produce en el material de goma, que es mal conductor térmico, del cuerpo elastomérico se evacúa especialmente bien en el caso de carga dinámica, por medio de que el aire que circula a lo largo de los canales de refrigeración emite el calor absorbido directamente a la brida de conexión, que es buena conductora térmica.

La formación de cargas de pico térmicas, locales y críticas en el material de goma puede impedirse adicionalmente con la invención, por medio de que en especial los cuerpos elastoméricos exteriores sometidos a fuertes esfuerzos reciban menores dimensiones radiales. Por medio de esto se hace posible en primer lugar una refrigeración óptima, sintonizada con las cargas térmicas locales, con lo que se obtiene un esfuerzo ventajoso, especialmente uniforme sobre el material del elastómero. De aquí se obtiene la ventaja especial de que se aumenta tanto la densidad de potencia que puede transmitirse como la vida útil.

En una forma de ejecución de la invención, los cuerpos elastoméricos están aplicados a bridas de conexión enterizas comunes. Esto significa que en cada caso varios cuerpos elastoméricos interiores y exteriores están vulcanizados directamente sobre una brida de conexión radialmente continua. Según la forma constructiva del acoplamiento, la brida de conexión puede estar configurada de forma enteriza y anular o compuesta como segmentos anulares. En la ejecución citada en último lugar, los cuerpos elastoméricos aislados tienen igualmente la forma de segmentos anulares.

Una alternativa especialmente ventajosa del acoplamiento de árboles conforme a la invención prevé que los cuerpos elastoméricos interiores y exteriores estén dotados, para formar módulos de elementos de transmisión, de módulos separados de bridas de conexión, que pueden unirse entre sí de forma desmontable y radialmente unos tras otros. La ventaja especial de esta forma de ejecución estriba en que los acoplamientos de árboles pueden construirse en diferentes tamaños constructivos, a modo de mecano, con módulos estandarizados. Para esto los módulos de bridas de conexión están dotados periféricamente de medios de conexión correspondientes, por ejemplo con taladros de brida roscados. De este modo los módulos de elementos de transmisión puede disponerse radialmente en cascada, estando formada la brida de conexión común en su totalidad, respectivamente, por los módulos de bridas de conexión unidos entre sí.

La estructura modular tiene la ventaja durante la fabricación de que los módulos de elementos de transmisión pueden ponerse a disposición escalonados con diferentes radios. De aquí pueden confeccionarse después acoplamientos de árboles para diferentes clases de potencia con una complejidad reducida, sin que sean necesarias confecciones especiales complicadas y costosas.

Otra ventaja consiste en que los módulos de elementos de transmisión cerrados en funcionamiento pueden intercambiarse con poca complejidad y, de este modo, puede restablecerse en poco tiempo la capacidad aplicativa de un acoplamiento dañado.

Los módulos de bridas de conexión de los módulos de elementos de transmisión están configurados convenientemente de forma que pueden encajetillarse radialmente unos dentro de otros. En esta forma de ejecución los módulos de bridas de conexión sobresalen, en cada caso, radialmente del cuerpo elastomérico. Los módulos interiores y exteriores están sintonizados con ello mutuamente, de tal manera que las bridas de conexión de uno de los módulos pueden encajarse radialmente entre las bridas de conexión del siguiente módulo, que se conecta hacia el interior o el exterior. Para su unión mutua desmontable, los módulos de bridas de conexión presentan en las regiones radiales del borde taladros de brida axiales correspondientes entre sí para el atornillado. La fijación se produce después por medio de pernos abridados.

Los módulos de elementos de transmisión pueden estar configurados alternativamente segmentados o continuos anularmente. En la forma de ejecución dividida, los segmentos de brida de conexión de los módulos exteriores pueden disponerse radialmente en cascada, sin más, para su montaje. Sin embargo, si los módulos de bridas de conexión están configurados cerrados anularmente, deben ensamblarse para su montaje coaxial en primer lugar en dirección axial y después unidos fijamente entre sí con medios de conexión adecuados, por ejemplo mediante atornillado. Para esto pueden usarse piezas de fijación aplicables a posteriori, como por ejemplo anillos de bridas o similares. Una variante especialmente ventajosa que es posible sin piezas adicionales de este tipo y hace posible sin embargo una forma constructiva encajetillada simétricamente, prevé que los módulos de bridas de conexión estén configurados a modo de bayoneta. Con ello las bridas de conexión presentan bayonetas interiores y exteriores correspondientes con escotaduras y resaltes radiales, de tal manera que en la posición de montaje en primer lugar puede posicionarse un anillo de brida en dirección axial más allá de la siguiente brida de conexión más pequeña y, a continuación, puede enclavarse axialmente en la posición coaxial de montaje mediante un giro relativo. Los resaltes opuestos en esta posición de bloqueo se atornillan después entre sí.

Un cuerpo elastomérico exterior es con preferencia axialmente más ancho que un cuerpo elastomérico interior. De esta forma se tiene en cuenta el hecho de que la tensión transversal nominal permanece constante radialmente, según se mira desde dentro hacia fuera.

Para conseguir una adaptación nuevamente mejorada a las cargas que se producen realmente, es ventajoso que la anchura axial de los cuerpos elastoméricos interiores y exteriores, según se mira desde dentro hacia fuera, aumente desproporcionadamente al menos por tramos. La sección transversal radial del elastómero obtiene de este modo, radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, una sección transversal en forma de campana o tulipa. Esto puede referirse a cada cuerpo elastomérico aislado o a todos los cuerpos elastoméricos del acoplamiento de árboles. De este modo se aumenta el esfuerzo local comparativamente y de forma correspondiente a la vida útil.

Para mejorar la refrigeración cada elemento de transmisión puede presentar ventanas de refrigeración axialmente continuas.

Adicionalmente pueden estar incrustados de forma desmontable elementos de refrigeración en el cuerpo elastomérico. Con ello se trata de piezas constructivas de material que conduzca bien térmicamente, que discurren en el elastómero mediante regiones nucleares con máximo desarrollo térmico y regiones exteriores más frías con relación a éstas. De este modo se ocupan de que exista una evacuación de calor efectiva desde las regiones críticas. En un elemento de torsión estos elementos de refrigeración están configurados con preferencia como chapas refrigerantes axiales y se extienden al menos hasta la superficie exterior del respectivo cuerpo elastomérico. Cuando sobresalen hacia fuera, esto tiene la ventaja en cuanto a técnica de fabricación de que al inyectar la goma pueden sujetarse, durante la vulcanización, de forma segura y fija en las regiones sobresalientes.

Para optimizar la unión entre el cuerpo elastomérico y las bridas de conexión incluso para esfuerzos máximos, es ventajoso que la brida de conexión presente espaldillas de sujeción que sobresalen axial y/o radialmente, que se solapan con los cuerpos elastoméricos. Estas espaldillas de sujeción están configuradas preferentemente como espaldillas anulares con sección transversal redondeada. Por medio de esto se obtiene una mejor adhesión de la unión de vulcanización en las regiones del borde sometidas a esfuerzos especiales.

A continuación se explica con más detalle un ejemplo de ejecución de la invención con base en el dibujo. Aquí muestra en detalle:

la figura 1 una sección transversal a través de un elemento de transmisión conforme a la invención.

En la figura 1 se ha representado esquemáticamente una sección transversal radial a través de un elemento de torsión conforme a la invención, que está dotado en la misma como un todo con el símbolo de referencia 1. El eje del acoplamiento K se encuentra abajo en la vista representada en el dibujo.

El elemento de torsión 1 presenta bridas de conexión 2 axiales compuestos de acero, que están vulcanizadas axialmente sobre cuerpos de goma 3a, 3b, 3c y 3d.

Las bridas de conexión 2 sobresalen radialmente de los cuerpos de goma 3a, 3b, 3c, 3d y están dotadas en estas regiones de taladros de brida 4 axiales. Por medio de pernos roscados enchufados a través de estos taladros de brida 4, no representados en detalle, el elemento de transmisión 1 puede incluirse en un ramal de accionamiento, o bien pueden disponerse radialmente en cascada varios elementos de transmisión 1 de este tipo.

En una región interior las bridas de conexión 2 están situadas mutuamente en forma de V. Por medio de esto, la anchura axial de los cuerpos de goma 3a, 3b, 3c, 3d situados entremedio aumenta radialmente, uniformemente según se mira desde dentro hacia fuera. En la región exterior las bridas de conexión 2 están ensanchadas hacia fuera, cimbreadas relativamente entre ellas, de tal manera que la anchura axial de los cuerpos de goma 3 aumenta desproporcionadamente en esta región. Por medio de esto se obtiene la forma de tulipa o campana conforme a la invención del cuerpo elastomérico de acoplamiento completo, formado por los cuerpos de goma 3a, 3b, 3c, 3d.

Entre los cuerpos de goma 3a, 3b, 3c y 3d discurren canales de refrigeración 5 continuos en la dirección periférica.

Las bridas de conexión 2 están dotadas de ventanas de refrigeración 6.

Claims (17)

1. Acoplamiento elástico de árboles, que presenta como elemento de transmisión (1) al menos un elemento de torsión (1) con al menos un cuerpo elastomérico (3) deformable elásticamente, al que se han aplicado bridas de conexión (2) axiales fijadas por el lado de accionamiento y el de salida, aumentando la anchura radial del cuerpo elastomérico (3) radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, caracterizado porque la anchura axial al menos del cuerpo elastomérico (3) más exterior, radialmente según se mira desde dentro hacia fuera, aumenta desproporcionadamente en la región exterior del cuerpo elastomérico (3), presentando las dos bridas de conexión axiales (2) una forma cimbreada continuamente una con relación a la otra, sin pandeo, en la superficie límite entre elastómero y metal.

2. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de transmisión (1) presenta al menos un cuerpo elastomérico interior (3a) y al menos un cuerpo elastomérico exterior (3d), estando dispuestos los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c) coaxialmente al eje del acoplamiento (K) con una distancia radial entre ellos y teniendo, con ello, una brida de conexión (2) común por el lado de accionamiento y por el de salida.

3. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 2, caracterizado porque los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c, 3d) están aplicados a bridas de conexión 82) enterizas comunes.

4. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 2, caracterizado porque los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c) están dotados, para formar módulos de elementos de transmisión, de módulos separados de bridas de conexión, que pueden unirse entre sí de forma desmontable y radialmente unos tras otros.

5. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 4, caracterizado porque los módulos de bridas de conexión de los módulos de elementos de transmisión pueden encajetillarse radialmente unos dentro de otros.

6. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 4, caracterizado porque los módulos de bridas de conexión en las regiones del borde radiales presentan taladros de brida axiales (4) para atornillarse entre sí.

7. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 4, caracterizado porque los módulos de bridas de conexión están segmentados.

8. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 4, caracterizado porque los módulos de bridas de conexión son anulares.

9. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 8, caracterizado porque los módulos de bridas de conexión están configurados a modo de bayoneta.

10. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 2, caracterizado porque un cuerpo elastomérico exterior (3b) es axialmente más ancho que un cuerpo elastomérico interior (3a).

11. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c) están configurados anularmente.

12. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c) están configurados segmentadamente.

13. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de transmisión (1) presenta ventanas de refrigeración (6) axialmente continuas.

14. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c) están incrustados de forma desmontable elementos de refrigeración.

15. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 14, caracterizado porque los elementos de refrigeración están configurados como chapas refrigerantes axiales.

16. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 14, caracterizado porque los elementos de refrigeración se extienden al menos hasta la superficie exterior de los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c).

17. Acoplamiento de árboles según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la brida de conexión presenta espaldillas de sujeción que sobresalen axial y/o radialmente, que se solapan con los cuerpos elastoméricos (3a, 3b, 3c).