JP2001509871A - 冷却エレメントを有する軸継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はトルクを伝達するために少なくとも１つの、一体の、弾性的な伝達エレメント（４）を有し、該伝達エレメント（４）に入力側と出力側で接続エレメント（３）が固定的に取付けられている軸継手に関する。弾性的な伝達エレメント（４）の熱的な負荷に基づく負荷可能性を高めかつこのような形式で小さな構成体積でより高い力密度を可能にするためには、本発明によれば伝達エレメント（４）内に熱伝導性のよい材料から成る少なくとも１つの冷却エレメント（６）を取外し不能に埋設することが提案されている。この場合、冷却エレメント（６）は熱発生が最大であるコア領域とそれに対して相対的に温度の低い外側範囲との間で伝達エレメント（４）内を延びている。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却エレメントを有する軸継手 本発明は、トルク伝達のために少なくとも１つの、一体の、弾性的な伝達エレ メントを有し、該伝達エレメントに入力側と出力側の接続エレメントが固定的に 取付けられている形式の軸継手に関する。 典型的な形式でトルクを伝達するために機関と伝動装置との間の駆動系に配置 される前記形式の継手は、公知技術では種々の構成形態のものが数多く公知であ る。具体的な技術的な構成が時々著しく互いに異なっている構成形態にとって共 通であることは、入力部と出力部との間でトルクがもっぱら、弾性的に変形可能 な伝達エレメント、例えばゴム体を介して伝達されることである。継手半分の間 に取付けるために伝達エレメントは通常は両側に、金属製の接続エレメント、例 えば接続フランジ又はそれに類似したものを備えている。 このような弾性的な軸継手の重要な課題の１つは、平均の駆動モーメントを伝 達する他に、駆動系を駆動装置の有害なトルクピークから遮断することである。 このようなトルク変動は例えば、特にはずみ質量の少ない大型ディーゼル機関の クランク軸にて励起される回転振動によって発生させられる。弾性的な伝達エレ メントはその弾性と減衰作用とに関し、前記伝達エレメントがこのダイナミック な妨害を大部分吸収し、ひいては出力側のトルクが一様な経過を得るように設定 される。 根本的な問題は、弾性的な部体が捏ね運動する場合の前記のダイナミックな負 荷が熱に変換されることである。これにより局部的な過熱が生じる。何故ならば 使用されたエラストマ材、例えばゴムはきわだってわずかな伝熱性を有している からである。この熱的な負荷により弾性的な前記材料の許容限界温度が越えられ ると、継手の早期摩耗をもたらす障害が発生する。 熱的な問題を克服することはトルクが大きくなると、弾性的な伝達エレメント の寸法が大きくなるにつれて機械的な負荷可能性に対する熱的な負荷可能性の比 がしだいに不都合になることで困難になる。特にコア領域においては局所的な熱 的な過負荷、ひいてはこの結果もたらされる故障の危険がある。 より高い負荷可能性を達成するためにはＤＥ３７１０３９０Ｃ２によれば、弾 性的なゴム体に接続板を含めて貫通する窓を設けることがすでに提案されている 。この場合、窓開口は先にもっとも高い熱的負荷に晒されていたコア領域を通っ て延在している。この開口を通る空気循環によってゴム体は付加的に冷却される ので、継手は総じて、より大きな負荷を受けることができる。 前述の構成は一体である、内実のゴム体に対し、はっきりした利点をもたらす が同様に原理的に条件づけられた限界値によって制限される。すなわち、窓開口 の横断面は任意の大きさに構成することはできない。何故ならばこれによって同 じ形式で全ダイナミック負荷を吸収する弾性的な部体の横断面積も縮小されるか らである。窓を適正な値を越えてさらに拡大することは負荷可能性を同様に減少 させる。 しかしながら窓を適正に設定した場合ですら、小さなコア領域、いわゆる熱巣 が残ることが確認されている。この範囲は内実の構成形態に較べ、場所的にずら されかつ、より高い負荷ではじめて発生はするが、同様にこれを上回わることが 障害をもたらす限界を呈示する。 根本的な問題は、できるだけ小さな構成体積で力密度が次第に高くなる傾向が 生じていることで発生する。しかしながら公知の技術的な処置では継手の負荷可 能性を、弾性的な伝達エレメントの熱的な負荷に基づき高めることは可能ではな い。 この問題を解決するために、本発明は冒頭に述べた形式の軸継手において、熱 伝導性の良い材料から成る少なくとも１つの冷却エレメントを、取外し不能に埋 設し、その際、冷却エレメントが、熱発生が最大である伝達エレメントのコア範 囲とこれよりも温度の低い外側範囲とを延びているようにすることを提案する。 本発明による冷却エレメントは、熱伝導性のよい材料、つまり少なくとも弾性 的な伝達エレメントの材料、例えばゴムよりも熱伝導性の良い材料から成る弾性 的に変形可能な部体である。本発明によれば、この冷却エレメントは、高いダイ ナミック負荷によって最大の熱的な負荷が生じる伝達エレメントのコア範囲、つ まり熱巣と、外への放熱により自然とコア範囲よりも温度が低い伝達エレメント の外側範囲との間に熱ブリッジが形成されるように伝達エレメント内に配置され る。 本発明の特別な利点は、単数又は複数の冷却エレメントもしくは熱導体を配置 することによって、熱を臨界的な範囲からより熱の低いゾーンへ意図的に導くこ とができることである。この場合には冷却エレメントの機械的及び熱的な特性は 伝達エレメントの弾性材料に適合させ、継手の弾性的な伝達特性が著しく変化し ないように、つまり不都合な弱化又は硬化が生じないようにすることができる。 これは冷却エレメントが伝達エレメントの変形に従うことができるまで冷却エレ メントが弾性的に変形可能であることにより達成される。 冷却エレメントが全体として、弾性的な部体の内部の均等な温度分布に役立ち 、温度勾配が小さくなるので、温度と共に超比例的に上昇する熱的な摩耗は著し く減じられ、ひいては伝達エレメントの寿命が著しく 延長される。 本発明によって構成された伝達エレメントは原則的には任意の弾性材料から成 る部体であることができるが、公知技術によれば加硫されたゴム体から成り、該 ゴム体に金属製の接続エレメントが加硫結合された特に能力の高い伝達エレメン トが公知である。このようなゴム体は例えばすでに引用したＤＥ３７１０３９０ Ｃ２により公知であり、一般的に信頼性が特に高い点ですぐれている。本発明に よれば冷却エレメントは有利にはゴム内に加硫結合されている。これにより確実 な保持が与えられかつ熱巣からの良好な伝熱が行われる。 有利な実施例では、冷却エレメントは曲げ弾性の冷却薄板である。この場合に は薄板は熱伝導性が良く、機械的な特性及び寸法に関し、伝達エレメント内に良 好に統合できる薄い金属板であることができる。 選択的な実施例では、冷却エレメントは多数の熱伝導性の繊維を有している。 この場合には平行に配置された熱伝導性の繊維の扁平な又は立体的な束であるか 又はフィンガ、例えばワイヤ、テープ、扁平成形体、棒又はそれに類似したもの であっても、櫛状に方向付けられた積層板並びにマット、網物又はそれに類似し たものであってもよい。このような構成は機械的に特にフレキシブルであるとい う利点を有している。 本発明の有利な別の構成では、冷却エレメントの側 縁が伝達エレメントの表面と整合している、つまり該表面と同一平面を成して終 っているか又は外方へこの表面を越えて突出している。これによって冷却エレメ ントによりコア範囲から引き出された熱は直接的に周囲へ放熱されるので、特に 効果的な冷却作用が得られる。 冷却エレメントとして冷却薄板が用いられる限り、この冷却薄板を強度の大き いばね鋼から製作したい。すなわち、薄いばね鋼は特に曲げ弾性であり、良好な 熱伝導性を有している。同時に強度は材料厚さがわずかである場合にでも、伝達 エレメント内の比較的に高い内部の力に時折耐えるためには十分である。 本発明の有利な別の構成では、冷却薄板は少なくとも１つの透かし開口を備え ている。冷却薄板に多くの開口が設けられることにより、例えば冷却薄板をゴム 体内に加硫結合する場合に、特に緊密な結合が弾性的な物体の材料との間に得ら れる。弾性的な伝達エレメントが貫通する冷却窓を備えていると透かし開口は別 の働きを有している。この場合、透かし開口は形と大きさとが冷却窓に合致し、 ひいては窓を通って流れる空気にも熱が放出される。 原則的には弾性的な伝達エレメントに公知であるすべての構成形を、前記の利 点を得るために本発明では使用することができる。この場合、伝達エレメントは 、トルクの導入が軸方向の接続板又はフランジで行わ れるトーションエレメントである他に、ほぼ円筒状のリングの形を有しかつ内側 及び外側の半径面を介してトルクで負荷される回転せん断エレメントであること もできる。 冷却エレメントとして冷却薄板が使用されると、冷却薄板の形と配置はそれぞ れ弾性的な伝達エレメントの種類と形とに合わせられ、伝達エレメントが変形し た場合に主として薄板の曲げ負荷しか発生しないようになっていると有利である 。この思想に基づき、軸方向のトーションエレメントの場合に冷却薄板は継手軸 線に関し、一軸方向平面内に位置していると、つまりほぼ扁平なリング円板の形 を有していると有利である。これに対し回転せん断エレメントの場合には冷却薄 板が継手軸線に対して同軸的な円筒面上に位置していると、つまり円筒状に曲げ られていると適切である。 本発明の思想は、同じく利点をもって、唯一の一体の伝達エレメントを有する 弾性的な軸継手の場合にも、周方向に連続する、それぞれ一体である、セグメン ト形の伝達エレメントを多数備えた弾性的な軸継手の場合にも使用することがで きる。後者の場合には本発明による冷却エレメント、例えば冷却薄板は同様に半 径方向でセグメント化される。 弾性的な伝達エレメントからの熱の導出を最適化するためには、接続エレメン トとその間にある弾性体との両方を貫く一貫した冷却窓を付加的に設けることが 有利である。この組み合せによって特に有利で、協同的な冷却作用の上昇が得ら れる。 特に運転確実性に関し利点をもたらす本発明の別の構成によれば、伝達エレメ ントが冷却エレメントを無接触で取囲む安全手段を有している。この安全手段は 伝達エレメントの部体に係留されるか又は伝達エレメントの接続エレメントを外 側から取り囲みかつ半径方向で冷却エレメントを掴むアンカ又は鉤爪である。こ れによって、例えば極端な過負荷に基づき、冷却エレメントが弾性的な伝達エレ メントの材料から離れ、遠心力に基づき半径方向外側へ引き出されようとする場 合に、これが付加的に防止される。このような非常時には冷却エレメントは安全 手段により半径方向で受け止められ、伝達エレメントから外へ飛び出しかつ破損 又は負傷を引き起すことを防止する。 安全手段の有利な構成では安全手段は引き留めアンカを有し、該引き留めアン カが冷却エレメントを貫いている。この場合、これは例えば冷却窓内に配置され たピンであることができる。 以後本発明の実施例を図面に基づき説明する。 第１図はセグメント化された伝達エレメントを有する軸継手の一部分を軸方向 で見た図。 第２図は第１図のＩ−Ｉ線に沿った断面図。 第１図には軸方向で見て、¹／₄セグメント２から成る軸継手の¹／₂が示されて いる。個々のセグメン ト２は入力側もしくは出力側に接続エレメントとして軸方向の接続フランジ３を 有している。この接続フランジ３は通常は鋼から成りかつその外周部に多数のフ ランジ孔を備えている。 軸方向で見てそれぞれ接続フランジ３の間には弾性的な伝達エレメントとして 、ゴム体４として構成されたトーションエレメントが加硫結合されている。この トーションエレメントも同様にセグメント化されている。このようなゴム体４の １つの寸法は第１図の左側に示されたセグメント２にて破線で示されている。 接続フランジ３とゴム体４は軸方向に貫通する冷却窓５を備えている。 左側に示されたセグメント２においては、ハッチングで本発明による冷却薄板 ６が記入されている。この冷却薄板６は例えば厚さ２−３ｍｍである強度の高い ばね鋼から成り、かつゴム体４内に加硫結合されている。冷却薄板６はほぼ平ら にもしくは軽く円錐套面形に湾曲されてゴム体４の一軸方向平面内に位置してい る。この場合、配置は本発明の思想にしたがって、冷却窓と外側の範囲との間に 発生する熱巣と交差するように行われる。 冷却薄板６の寸法は、該冷却薄板の内側の縁が半径方向でゴム体４の内側の套 面から距離をおいて開始するように、つまり完全にゴム体内に埋設されるように 設定されている。冷却薄板６は外縁で、ゴム体４の外 側の周面と整合している。これと同じく冷却薄板６は冷却窓５により貫かれてい る。 個々の構成部分の配置は特に第２図から明らかである。第２図は第１図のＩ− Ｉ線に沿って軸継手１を半径方向で断面して示しており、第２図には第１図と同 じ符号が使用されている。図面から判るようにこのような軸継手１においては通 常は、同じようなセグメントから形成された２つの継手部分がトルク流にて、つ まり軸方向で相前後してフランジ結合されている。 この図面からは特に、両側に加硫結合された接続フランジ３を有する、横断面 がほぼＶ字形であるゴム体４の配置が明らかである。さらにこの図面からは、ゴ ム体４内に加硫結合された本発明による冷却薄板６の浮游支承も見取ることがで きる。これと関連して「浮游支承」とは、冷却薄板６がゴム体４内に加硫結合に よる付着力だけで保持されることを意味する。 この図では冷却薄板６の外側の縁はゴム体４の外側の套面と整合している。し かしながら、冷却薄板６をゴム体の周囲を越えて外方へかつ／又は内方へ突出さ せ、場合によってはさらに良好な熱の導出を可能にすることも考えられる。 原則的には本発明による冷却薄板６の形はそれぞれゴム体４の形に適合させら れ、トルク変動に基づくトーション負荷に際して、例えば弾性のばね鋼薄板によ ってわけなく吸収できる曲げ負荷しかこれらが受けな いようになっている。それにも拘らず、薄板厚さは冷却薄板６が弾性的に留まり 、ゴム体４の不都合な剛性化をもたらさないように選択される。この場合にはこ とにきわめて強い力がゴムに対する冷却薄板の境界面に発生し、冷却薄板とゴム 体とが剥離することがある。 冷却薄板６がゴム体４から場合によっては引き出されることを防止する安全装 置としては第２図には安全ピン７が記入されている。この安全ピン７は冷却窓５ を通常は無接触で貫きかつ接続フランジと固定的に結合されている。冷却薄板６ が離れ、遠心力に基づき半径方向外側へ浮游しようとすると、冷却薄板は安全ピ ン７によって半径方向で引留められる。 熱伝導性の良い材料から成る、本発明による冷却薄板６又は繊維状の冷却フィ ンガ又はラミネートの配置は、トーションエレメントとして構成されたゴム体４ には原則的には制限されない。これは同様に、回転モーメントがそれぞれ内側も しくは外側の周面を介して導入もしくは導出される回転せん断エレメント内に加 硫されていることもできる。 本発明の原理にしたがって、冷却薄板６の設計に際しては、その形及び寸法並 びにゴム体４におけるその配置に関し、冷却エレメントが熱発生が最大である領 域、いわゆる熱巣を通過し、損失熱を低温範囲又は外気に向って導出する熱ブリ ッジの形成を考慮するだけ でよい。 本発明による構成に基づきゴム体４の内部ではより低い温度もしくはより平ら な温度勾配が達成され、これによってゴム体４の寿命が相応に延長される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. トルクを伝達するために少なくとも１つの、一体の、弾性的な伝達エレメン トを有し、該伝達エレメントに入力側及び出力側の接続エレメントが固定されて いる形式の弾性的な軸継手において、前記伝達エレメント（４）内に熱伝導性の よい材料から成る少なくとも１つの冷却エレメント（６）が取外し不能に埋設さ れており、前記冷却エレメント（６）が、前記伝達エレメント（４）の熱発生が 最大であるコア領域とこれに較べて温度の低い外側領域とを延びていることを特 徴とする、冷却エレメントを有する軸継手。 2. 前記伝達エレメントが加硫されたゴム体（４）から成り、このゴム体（４） に金属性の接続エレメント（３）が加硫結合されておりかつ前記ゴム体（４）内 に前記冷却エレメント（６）が加硫結合されている、請求項１記載の軸継手。 3. 前記冷却エレメント（６）がたわみ弾性的な冷却薄板である、請求項１記載 の軸継手。 4. 前記冷却エレメント（６）が多数の熱伝導繊維を有している、請求項１記載 の軸継手。 5. 前記冷却エレメント（６）の側縁と前記伝達エレメント（４）の表面とが同 一平面内に位置している、請求項１記載の軸継手。 6. 前記冷却エレメント（６）が前記伝達エレメント（４）の表面の上へ突出す る、請求項１記載の軸継手。 7. 前記冷却薄板（６）が高剛性のばね鋼から成っている、請求項３記載の軸継 手。 8. 前記冷却薄板（６）が少なくとも１つの透かし開口（５）を備えている、請 求項３記載の軸継手。 9. 冷却薄板（６）が継手軸線に関し、一軸方向平面内に位置している、請求項 ３記載の軸継手。 10．冷却薄板（６）が継手軸線に対し同軸的な円筒面に位置している、請求項３ 記載の軸継手。 11．前記冷却薄板（６）が半径方向でセグメント化されている、請求項９又は１ ０記載の軸継手。 12．伝達エレメント（４）がトーションエレメントである、請求項１記載の軸継 手。 13．伝達エレメント（４）が回転せん断エレメントである、請求項１記載の軸継 手。 14．一体の、セグメント形の伝達エレメント（４）を複数有している、請求項１ 記載の軸継手。 15．伝達エレメント（４）が一貫した窓（５）を有している、請求項１記載の軸 継手。 16．伝達エレメント（４）が冷却エレメント（６）を無接触で取囲む安全手段（ ７）を有している、請求項１記載の軸継手。 17．前記安全手段（７）が前記冷却エレメント（６） を貫通する引き留めアンカを有している、請求項１６記載の軸継手。