JP2011516803A - 捻り弾性を有するカップリングおよびそれを形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、インナーリングと、リングギャップを形成しながら前記インナーリングを包囲するアウターリングとを有し；その場合に、前記リングギャップ内にエラストマーが挿入されており、前記エラストマーは、前記インナーリングと前記アウターリングに加硫形成され、あるいは接着されており、かつ前記リングギャップを実質的に、あるいは完全に充填し；前記リングギャップが、カップリングの周方向に見て、蛇行形状を有しているので、前記インナーリングの径方向外側へ向いた突出部が、前記アウターリングの径方向内側へ向いた突出部と係合する；捻り弾性を有するカップリングに関する。本発明は、カップリングの周方向に、前記インナーリングの前記突出部の両側と、前記アウターリングの前記突出部の両側において、前記エラストマーにそれぞれ除荷開口部が形成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にレール車両のドライブトレイン用の、たとえば駆動モータとトランスミッションの間、あるいはトランスミッションと駆動車輪、特に車輪セット軸の間の駆動結合内の、捻り弾性を有するカップリングに関する。

従来、レール車両のドライブトレイン内、特にトランスミッション従動軸と車輪セット軸の間の駆動結合内に、いわゆるウェッジパケットカップリングが使用される。この種のウェッジパケットカップリングは、たとえば以下の文書に開示されている：
特許文献１
特許文献２
特許文献３

この種のウェッジパケットカップリングは、数百または千より多いニュートンメートルの極めて高いトルクを伝達することができ、同時に構成部品間、特にカップリングに堅固に接続された軸の間の所定の軸方向、径方向あるいは角度的な偏差を補償することができる。その場合に、軸方向、径方向および角度的な満足できる変位可能性と同時に、高いトーション強度の組合せが重要である。同時に、カップリングは、２つの接続された構成部品または軸の自己センタリングのために比較的大きい遠心力を提供するものである。

ウェッジパケットカップリングは、力を周方向に伝達するために、２つのカップリング部材を有しており、その径方向に相前後する腕の間に、くさび形状のゴム部材が収容されている。特に大きい力ないしモーメントを伝達することができるようにするために、それを含むアームの間にも、しばしばゴム部材が弾装される。

既知のウェッジパケットカップリングは、、特にレール車両ドライブトレイン内、あるいはその他の自動車ドライブトレイン内で、信頼できるように作動するが、それらは、製造が比較的高くつくという欠点を有している。

レール車両ドライブトレイン内に挿入されるような、ウェッジパケットカップリングの他の従来技術については、特許文献４を参照するよう指示され、それは、エラストマーを介して互いに弾性的に支持される２本の軸方向に入り組んで摺動可能なパイプを有するマルチウェッジ軸結合を示している。さらに、特許文献５は、弾性的な捻れ安全の軸ハブ結合を示し、特許文献６は、内側部分に設けられた突出部と外側部分に設けられた突出部との間に挿入された個々のゴム部材を有する弾性的なカップリングを示している。そして、特許文献７は、特に車両用の、ドライブトレインを示しており、それにおいては、２本のパイプが相対的に捻れた場合に、第１の角度領域内では比較的フラットな特性曲線に、そしてそれに続いて激しい特性曲線累進に達するために、２本のパイプの間にワイヤクッションが挿入されている。

独国公開公報ＤＥ３４０３９１０Ａ１ 独国公開公報ＤＥ１９６３９３０４Ｂ４ 独国公開公報ＤＥ１９９５８３６７Ａ１ 独国公開公報ＤＥ１９５１５１０３Ａ１ 独国特許公報ＤＥ３８２２６３７Ｃ２ 独国公開公報ＤＥ１５７５８９２Ａ 独国公開公報ＤＥ１０２００４０５１３４０Ａ１

本発明の課題は、同時に２つのカップリング半体の満足のゆく軸方向、径方向および角度的な変位可能性において、従来のウェッジパケットカップリングと少なくとも同じ高さのトーション強度を有するが、ずっと安価に形成することができる、特に車両ドライブトレイン用、特にレール車両ドライブトレイン用の、捻り弾性を有するカップリングを提供することである。さらに、この種の捻り弾性を有するカップリングを形成する方法を提供しようとしている。

本発明に基づく課題は、独立請求項に示す捻り弾性を有するカップリングと方法によって解決される。従属請求項には、本発明の効果的で、特に好ましい形態が記載されている。

本発明に基づく捻り弾性を有するカップリングは、インナーリングとアウターリングを有している。アウターリングは、インナーリングを周方向に包囲しているので、インナーリングとアウターリングの間に、もっと正確にはインナーリングの径方向外側の周面とアウターリングの径方向内側の表面との間に、リングギャップが形成される。リングギャップは、通常３６０度にわたって延びており、それは、インナーリングとアウターリングがその周面にわたってどの箇所でも接触していないことを、意味している。

リングギャップ内に、本発明によれば、エラストマーが挿入されており、そのエラストマーは、インナーリングおよびアウターリングに加硫形成され、あるいは接着されており、リングギャップを完全に、あるいは実質的に完全に充填している。その場合にリングギャップは、蛇行形状を有しており、それは、インナーリングの径方向外側へ向いた突出部が、アウターリングの径方向内側を向いた突出部と係合するように、形成されている。これは、トルクがインナーリングまたはアウターリングへもたらされた場合に、このトルクは、インナーリングとアウターリングの突出部が周方向に互いに重なるように移動することによって生じる弾性的な圧縮力によっても、弾性的な剪断力によっても、エラストマー内部およびエラストマーとインナーリングおよびエラストマーとアウターリングの間で伝達され、かつ所定の範囲内で、エラストマー内の弾性的な引っ張り力によって、インナーリングとアウターリングの間でも、伝達されることを意味している。

本発明によれば、捻り弾性を有するカップリングの周方向において、インナーリングの突出部の両側およびアウターリングの突出部の両側で、エラストマーにそれぞれ１つないし少なくとも１つの除荷開口部が形成されている。除荷開口部という名称の代わりに、除荷切欠きという概念を使用することもでき、その場合に切欠きないし開口部は、原則的に任意の形状、たとえばエラストマーによって完全に貫通される透孔の形状、片側だけ開放した端部を有する袋孔の形状、を有することができる。特に円形の横断面、好ましくは円筒形状を有する、除荷開口部は、一方で、インナーリングとアウターリングの突出部の尖端におけるエラストマー内のノッチ作用を防止し、さらに、エラストマーが突出部の間の圧縮ゾーンから突出部を越えて這い出ることを防止する。それによって、係合する突出部を備えたインナーリングとアウターリングの間にエラストマーを有し、その場合にエラストマーが突出部の両側にこの種の除荷開口部を持たないカップリングとは異なり、カップリングを、特に高いトルクを伝達するために使用し、それにもかかわらず摩耗が極めてわずかであり、ないしは疲労が極めてわずかであることにより、長い寿命を保証することが、可能である。

特に好ましくは、除荷開口部は、突出部の各自由端部のすぐ近傍において、周方向にそれぞれの突出部の各側に形成されており、その場合に特に、各側に唯一の除荷開口部を形成することができる。すなわち、除荷開口部が、このように突出部の端部の近傍に設けられている場合に、それによってエラストマーが突出部を越えて這い出ることが、効果的に回避される。

除荷開口部を突出部の自由端部のすぐ近傍に、たとえば三角形の尖端の領域に、そして尖端の両側に、位置決めすることは、特に、除荷開口部が実質的に径方向内側を向いた突出部の径方向内部と、径方向外側を向いた突出部の径方向外側に位置決めされるように、行うことができる。代替的に、除荷開口部の位置決めは、それぞれの半径上で、すなわち径方向内側を向いた突出部の内側の半径と径方向外側を向いた突出部の外側の半径の上で、行うこともできる。

好ましい実施形態によれば、インナーリングとアウターリングは、エラストマーのみを介して互いに固定されており、従って周方向、径方向および軸方向において、ないしはインナーリングとアウターリングの間の角度的な変位可能性に関して、互いに弾性的に接続されている。エラストマーは、好ましくは、ワイヤ編物の埋込みをもたず、特にインナーリングとアウターリングの間の唯一の材料である。

特に好ましくは、除荷開口部は、少なくとも部分的にインナーリングまたはアウターリングの材料によって包囲される、端縁が開放した開口部とは異なり、エラストマーによって完全に包囲されている。

突出部の両側に除荷開口部が設けられていることによって、インナーリングおよび／またはアウターリングの突出部を歯の形状で、特にそれぞれ、たとえば線形の辺を有する、鋭角の三角形の形状で、形成することが可能である。特に等辺の、この種の三角形の対称線は、好ましくは、捻り弾性を有するカップリングの径方向に延びている。しかし、この種の鋭角の三角形は、捻り弾性を有するカップリングの径方向に対して傾斜することもでき、その場合には、通常、等辺の代わりに、異なる辺長さが生じる。

インナーリングおよび／またはアウターリングは、エラストマーとは逆の側に、円形の周面、特に円筒状の周面を有している。その場合にアウターリングの円筒状の外周および／またはインナーリングの円筒状の内周は、ある実施形態によれば、一定の直径あるいは実質的に一定の直径を有している。

インナーリングもアウターリングも、一体的に形成することができる。しかし、インナーリングおよび／またはアウターリングを、たとえば互いに隣接する個々のリングセグメントから構成することも可能である。特に、アウターリングが比較的大きい直径を有している場合に、このセグメント化は、形成する際の利点を提供する。

捻り弾性を有するカップリングは、特に好ましくは、それによって結合すべき２つの構成要素のための接続面を有するように、形成することができ、その接続面は、捻り弾性を有するカップリングの一方または両方の端面に形成されて、特に捻り弾性を有するカップリングの回転軸ないし中心点軸に対して垂直に延びている。すなわち、たとえば、軸方向へ向いた第１の端面は、第１の軸または他の接続部材を相対回動不能に接続するために用いられ、軸方向を向いた反対側の第２の端面は、第２の軸または他の接続部材を相対回動不能に接続するために用いられる。そのために、好ましくは接続面に、接続孔が設けられており、その接続孔を用いて接続すべき軸またはその他の接続部材を捻り弾性を有するカップリングに軸方向にフランジ止めすることができる。孔は、特に、捻り弾性を有するカップリングの回転軸ないし中心点軸に対して平行に延びており、端面は、好ましくは互いに対して平行である。

捻り弾性を有するカップリングは、本発明に基づく形成方法によれば、まず、インナーリングとアウターリングが、あるいはセグメント化された実施形態においては、そのリングセグメントが、互いに別々に形成されることによって、形成することができる。その場合に互いに別々に形成するというのは、インナーリングとアウターリングが、互いに結合されない個別部品として提供されることを、意味している。

インナーリングとアウターリングは、その形成後に、互いに同心に入り組んで位置決めされるので、リングギャップが生じ、かつインナーリング上の径方向外側の突出部とアウターリング上の径方向内側の突出部が係合する。好ましくは位置決めは、インナーリングとアウターリングが、どの箇所においても接触しないように、行われる。

通常、位置決め前に、アウターリングの径方向内側の周面ないしその径方向内側の表面と、インナーリングの径方向外側の周面ないしその径方向外側の表面に、付着手段が設けられる。付着手段ないしプライマーとして、通常の塗料、コーティングまたは表面上に塗布されるその他の物質が考えられる。しかし、構造的な措置を表面に設けることによって、表面へのエラストマーの付着を改良することも、考えられる。

予め定められた数のピン、特に円柱ピンが提供され、その外表面には、付着手段は設けられておらず、すなわちその表面は、エラストマーが円柱ピン表面に付着せず、あるいはインナーリングとアウターリングの表面に付着するよりも少なく付着するように、形成されている。ピンという概念は、各任意の形状の位置ホルダと理解すべきである。

リングギャップは、インナーリングとアウターリングを上述したように位置決めして、インナーリングとアウターリングに付着を媒介する表面を設けた後に、エラストマーによって充填され、ないしはエラストマーがリングギャップ内へ噴射され、あるいは他のように挿入され、その場合にエラストマーが硬化し、ないしは結合される前に、ピンがエラストマー内へ挿入される。ピンの挿入は、注入ないし噴射または他のような挿入の前にすでに、注入／噴射／挿入時に、あるいは注入／噴射／挿入後に、特に注入／噴射／挿入の直後に、行うことができる。

エラストマーの硬化（結合）は、好ましくは加熱によって、特にエラストマーをベイクすることによって、もたらされる。その場合に通常、インナーリング、アウターリング、エラストマーもピンも加熱され、ないしはベイクされる。

加熱後と、通常それに続く冷却後に、インナーリングおよび／またはアウターリングにセンタリング孔が形成され、その中へセンタリングピンを挿入することができる。その代わりに、あるいはそれに加えて、センタリングピンを、他の措置によってインナーリングおよび／またはアウターリングに取り付けることもできる。センタリング孔ないしセンタリングピンは、次に、捻り弾性を有するカップリングによって互いに弾性的に結合される軸または接続部材において、捻り弾性を有するカップリングをセンタリングするために用いられる。

エラストマーを硬化させるために、捻り弾性を有するカップリングを加熱した後に初めて、センタリング孔を形成し、ないしはセンタリングピンを取り付けることの利点は、加熱工程において、ないしはそれに続く冷却工程において、捻り弾性を有するカップリング内に不釣合いが生じ得ることにある。実施形態に示す本発明に基づく捻り弾性を有するカップリングのような、回転対称の構成部品においては、通常、接続部材におけるセンタリングは、構成部品ないしカップリングに、たとえば切削する回転加工によって（旋盤加工によって）形成される、センタリングカラーが設けられることによって行われる。しかし、実施形態によれば、捻り弾性を有するカップリング、または少なくともアウターリングまたはインナーリングには、センタリングカラーは設けられておらず、センタリングは、上述したセンタリングピンのみによって行われる。

以下、実施例を用いて本発明を例で説明する。

捻り弾性を有するカップリングの本発明に基づく実施形態を示す前側の上面図である。 図１に示す捻り弾性を有するカップリングの軸方向断面図である。 図１に示す捻り弾性を有するカップリングの斜視図である。 インナーリングセグメント、アウターリングセグメントおよびその間に挿入されたエラストマーからなる、捻り弾性を有するカップリングのセグメントを示す軸方向の上面図とセグメントの軸方向の断面図である。

図１には、インナーリング１とアウターリング２を有する、捻り弾性を有するカップリング９が示されており、その場合にインナーリング１とアウターリング２は、周方向にセグメント化されて形成されている。ここでは、周面にわたって７つのセグメントが設けられている。もちろん、他の数のセグメントを設けることも、可能である。

インナーリング１は、径方向外側へ向いた突出部５を有し、アウターリング３は、径方向内側へ向いた突出部６を有している。突出部５、６は、径方向外側端部に尖端を備えた歯の形状で形成されている。インナーリング１とアウターリング３は、一緒になって蛇行したリングギャップ２を画成しており、そのリングギャップは、エラストマー４内に形成された除荷開口部７を除いて、エラストマー４によって完全に充填されている。図から明らかなように、周方向において突出部５、６の各側の、突出部５、６の各自由端部ないし各尖端のすぐ近傍に、それぞれ唯一の除荷開口部７が、ここでは円筒形状の開口部として、形成されている。この除荷開口部７が設けられるにもかかわらず、アウターリング３の内周面全体とインナーリング１の外周面全体は、少なくとも予め定められた軸方向部分にわたって、エラストマー４と結合されている。

インナーリング１、アウターリング３およびエラストマー４の間の結合は、取り外しできない結合であって、すなわちこの結合は、エラストマー４の引裂きないし破壊によってのみ解除することができる。

インナーリング１も、アウターリング３も、捻れ弾性を有するカップリング９によって結合すべき構成要素をフランジ止めするために、回転軸１３に対して平行に多数の接続孔８を有している。

図２には、上述した部材の他に、捻れ弾性を有するカップリング９を介して互いに結合すべき構成要素として、第１の軸１０と第２の軸１１が示されている。第１の軸１０は、フランジ螺合１４を介してアウターリング３の前側に取り付けられており、その場合にボルトが、接続孔８に挿通されている。アウターリング３を第１の軸１１とセンタリングするために、同様に図１に見られる、多数のセンタリングピン１２が用いられ、その場合に図示の実施形態においては、セグメント当たり唯一のセンタリングピン１２が設けられている。

第２の軸１１は、同様にフランジ螺合を介してインナーリング１の前側に螺合されており（ボルト１５を参照）、そのボルトは、インナーリング１内のねじを備えた接続孔８内へ螺合されている。従って第２の軸１１は、同様に、捻り弾性を有するカップリング９の前側に取り付けられている。もちろん、第２の軸１１のカラーは、インナーリング１内へ軸方向に突出して、その外周面上にインナーリング１を支持している。それによって、インナーリング１と第２の軸１１の間のセンタリングを達成することができるので、第２の軸１１とインナーリング１との間にセンタリングピンは不要である。

もちろん、インナーリング１と第２の軸１１の間の結合において、図示のセンタリングカラーの代わりに、あるいはそれに加えて、センタリングピンによるセンタリングを形成することも、可能である。

図３には、捻り弾性を有するカップリング９がそれに接続された２本の軸１０と１１と共に、再度斜視図で示されている。

図４は、アウターリング３のセグメントとインナーリング１のセグメント、その間に設けられた、除荷開口部７を備えたエラストマー４を有する、捻り弾性を有するカップリングのセグメントを、軸を接続する前の状態で示している。さらに、接続孔８が認識され、インナーリング１にはねじが設けられており、アウターリング３には、ねじは設けられていない。周方向に見て、アウターリング３の各セグメントの中央に、上述したセンタリングピンを挿入するためのセンタリング孔１６が設けられている。

見ての通り、除荷開口部７の直径は比較的小さく、すなわち接続孔８とセンタリング孔１６の直径よりも小さい。除荷開口部は、それぞれ完全にエラストマー４で完全に包囲されている。

Claims (16)

1. 捻り弾性を有するカップリングであって、
   １．１ インナーリング（１）と、リングギャップ（２）を形成しながら前記インナーリング（１）を包囲するアウターリング（３）とを有し；
   その場合に、
   １．２ 前記リングギャップ（２）内にエラストマー（４）が挿入されており、前記エラストマーは、前記インナーリング（１）と前記アウターリング（３）に加硫形成され、あるいは接着されており、かつ前記リングギャップ（２）を実質的に、あるいは完全に充填し；
   １．３ 前記リングギャップ（２）が、カップリングの周方向に見て、蛇行形状を有しているので、前記インナーリング（１）の径方向外側へ向いた突出部（５）が、前記アウターリング（３）の径方向内側へ向いた突出部（６）と係合する；
   前記捻り弾性を有するカップリングにおいて、
   １．４ カップリングの周方向に、前記インナーリング（１）の前記突出部（５）の両側と、前記アウターリング（３）の前記突出部（６）の両側において、前記エラストマー（３）にそれぞれ除荷開口部（７）が形成されている、
   ことを特徴とする捻り弾性を有するカップリング。
2. 各突出部（５、６）の各自由端部のすぐ近傍において、前記突出部（５、６）の周方向の各側に、それぞれ１つ、特に唯一の、除荷開口部（７）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の捻り弾性を有するカップリング。
3. 前記除荷開口部（７）が、実質的に、前記径方向内側を向いた突出部（６）の径方向内部に、あるいは前記径方向内側を向いた突出部（６）の内側半径上に、かつ前記外側を向いた突出部（５）の径方向外側に、あるいは前記外側を向いた突出部（５）の外側の半径上に、位置決めされていることを特徴とする請求項１または２に記載の捻り弾性を有するカップリング。
4. 前記インナーリング（１）と前記アウターリング（３）が、エラストマー（４）のみを介して互いに固定されており、従って周方向、径方向および軸方向に互いに弾性的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
5. 前記除荷開口部（７）が、前記エラストマー（４）によって完全に包囲されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
6. 前記除荷開口部（７）が、円形の横断面と特に円筒形状を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
7. 前記インナーリング（１）および／または前記アウターリング（３）の前記突出部（５、６）が、歯の形状であって、特にそれぞれ鋭角の、径方向に、あるいはそれに対して傾斜して、延びる三角形を形成していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
8. 特に円形または円筒状の外周を有する、前記アウターリング（３）および／または、特に円形または円筒形状の内周を有する、前記インナーリング（１）が、個々の、特に同じ大きさまたは同一の、リングセグメントから構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
9. 前記アウターリング（３）および／または前記インナーリング（１）が、多数の接続孔（８）を有しており、前記接続孔が、軸（１０、１１）または他の接続部材を相対回動不能に接続するために、軸方向に方向付けされた前側において開口し、かつ特に捻り弾性を有するカップリングの回転軸（１３）に対して平行に方向付けされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング（９）によって軸方向、径方向および周方向に互いに弾性的に接続されている、第１の軸（１０）と第２の軸（１１）を有する、軸結合であって、その場合に、
    １０．１ 前記第１の軸（１０）が、前記アウターリング（３）と形状結合で結合され、特にそれと螺合されており、かつ
    １０．２ 前記第２の軸（１１）が、前記インナーリング（１）と形状結合で結合され、特にそれと螺合されている、
    軸結合。
11. 前記第１の軸（１０）が、前記アウターリング（３）の前側にフランジ止めされており、前記第２の軸（１１）が、前記インナーリング（１）の前側に、特に、前記第１の軸（１１）とは軸方向に逆の前側に、フランジ止めされていることを特徴とする請求項１０に記載の軸結合。
12. 前記２本の軸（１０、１１）の少なくとも１本は、捻り弾性を有するカップリング（９）に接続するためのセンタリングカラーを持たず、かつ特にセンタリングピン（１２）を介してセンタリングされて、それぞれのリング−アウターリング（３）またはインナーリング（１）−にフランジ止めされていることを特徴とする請求項１１に記載の軸結合。
13. 駆動機械とそれによって駆動される駆動車輪とを有する、ドライブトレイン、特にレール車両ドライブトレインのような車両ドライブトレインにおいて、
    駆動機械と駆動車輪との間の駆動結合内に、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の軸結合が挿入されていることを特徴とするドライブトレイン。
14. 請求項１から９のいずれか１項に記載の捻り弾性を有するカップリング（９）を形成する方法において、次のステップ：
    
    １４．１ 前記インナーリング（１）と前記アウターリング（３）またはそのリングセグメントが、互いに別々に形成され；
    １４．２ 前記インナーリング（１）と前記アウターリング（３）が、互いに同心に入り組むように位置決めされるので、リングギャップ（２）が生じ；
    １４．３ 前記アウターリング（３）の径方向内側の周面と、前記インナーリング（１）の径方向外側の周面に、付着手段が設けられ；
    １４．４ 予め定められた数の円柱ピンまたは他の形状のピンが形成され、その外側の表面には付着手段が設けられておらず；
    １４．５ 前記リングギャップ（２）が、エラストマー（４）によって充填され、その場合に前記エラストマー（４）の注入前、注入時および注入後の硬化前に、前記ピンが前記エラストマー（４）内へ挿入され、
    次に前記エラストマー（４）が部分的または完全に硬化されて、硬化後に前記ピンが前記エラストマー（４）から除去される、
    ことを特徴とする捻り弾性を有するカップリングを形成する方法。
15. 前記エラストマー（４）が、前記インナーリング（１）、前記アウターリング（３）、前記エラストマー（４）および前記ピンの加熱、特にベイクによって、硬化されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. ドライブトレイン内に、特に２本の軸（１０、１１）の間に取り付ける場合に、前記捻り弾性を有するカップリング（９）をセンタリングするために、硬化および特にそれに続く冷却後に、センタリング孔（１６）が前記インナーリング（１）および／または前記アウターリング（３）に形成され、かつ／またはセンタリングピン（１２）が前記インナーリング（１）および／または前記アウターリング（３）に取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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