JP4416099B2 - 弾性的な軸継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、弾性的な軸継ぎ手であって、駆動側と従動側とに軸方向接続フランジが固定取付けされた弾性変形可能な少なくとも１個のエラストマ体を有する少なくとも１個のトーション部材を、伝動部材として有しており、しかもエラストマ体の軸方向幅が、半径方向で内側から外側へ向かって増大する形式のものに関する。
【０００２】
（背景技術）
この種の軸継ぎ手は、伝動部材として役立つ少なくとも１個のゴム体の軸方向の端面に、接続フランジが固定的に加硫結合されている。軸継ぎ手は、接続フランジを介して駆動トレーンに組込まれ、しかも、トルクの伝動は、もっぱらエラストマ体のゴム材料を介して行われる。これらのトーション部材は、荷重負荷時には、その弾性に基づき軸の軸線を中心とする回転せん断力を受ける。その場合、トルクの変動は、接続されている駆動トレーンから、単数または複数のゴム体の弾性によって消失せしめられる。
【０００３】
運転中に通常発生する荷重変動時に、著しい動荷重が伝動部材に負荷される。この動荷重は、一方では、接続フランジとエラストマ体との結合部の著しい引張り応力として現れる。他方、エラストマ材料の粘弾性効果、すなわち内部摩擦によって、機械エネルギーが熱に変換される。ゴム材料は熱伝導率が比較的低いため、この変換により、往々にして局所的な熱ピーク、いわゆる熱巣(Waermenester)が生じる。その場合、原則として、材料固有の限界温度を越えることがあってはならないだろう。なぜなら、そうでなければ、局所的な損傷が発生する可能性があるからである。このことは特に外套面区域に当てはまるが、それは、伸びが外套面区域で最大値に達するからである。この結果、ゴム-金属の結合移行部に特に高い応力が発生する。この点は、もとより外側境界縁部のところでの切欠き効果に基づき注目すべきであるのは言うまでもない。加えて、機械的な荷重に伴う発熱は、材料表面で所定限界値を越えてはならないだろう。なぜなら、そうでなければ、そこに発生する老化過程が平均以上に加速されるだろうからである。
【０００４】
従来技術では、前述の問題に構造上の設計により効果的に対処された結果、ゴム製継ぎ手が、かなり以前から有利な使用特性を有する極めて信頼性の高い構成部材と見なされてきた。その場合、特別な構造上の設計により、局所的な荷重が無害な程度に低減される。その目的のためには、局所的な機械荷重または熱負荷の発生の直接的な制限および／または効果的な冷却が行われる。これらに関する二、三の好ましい措置は、例えばドイツ連邦共和国特許第３７１０３９０号に記載されている。該特許の場合、ゴム体が外方へ向かって直線的に拡大するＶ字形横断面を有するように、接続フランジが円錐形外套状に構成されている。エラストマ体の軸方向幅が半径方向に内側から外側へ向かって増大していることにより、外側の繊維が比較的長い弾性的な長さを有することになる。これによって生じる局所的な伸びが比較的僅かであることが、熱発生とゴム-金属境界面の応力の低減にとって有利に作用する。
【０００５】
発生する損失熱は、別の措置、例えば伝動部材をセグメントに構成することや貫通式の冷却窓を設けることにより、効果的に放熱される。
【０００６】
出力密度が高まる傾向と同時に組付けスペースが小さくなることで、従来技術により周知のエラストマ製カップリングを更に最適化する必要が生じる。
【０００７】
アメリカ合衆国特許第２７４２７６９号により、２個の接続フランジ間に１個のエラストマ体を有する弾性的な軸継ぎ手が公知である。しかし、このエラストマ体は、静止状態で耐え得るトルク以下の場合でも、特にトルクが変動する場合には、急速に主として外半径上で機能不全となることが判明した。
【０００８】
アメリカ合衆国特許第２２９５３１６号には、同じくエラストマ体を有する弾性的な軸継ぎ手であって、比較的小型の駆動装置に使用されるものが開示されている。軸端間に配置するエラストマ体形式では、しかし、エラストマ体が局所的な過負荷により特にエラストマ-金属-境界面で破壊される。
【０００９】
以上に述べた従来技術の欠点を前提として、本発明が根底とする課題は、弾性的な軸継ぎ手、それも、エラストマ材料固有の荷重負荷能と、エラストマの低い熱伝導率と、外方へ向かって増大するエラストマ体の荷重とを考慮して、基本伸びに対するピーク伸びの比が低い値の、したがって寿命が何倍も長い軸継ぎ手を得ることにある。
【００１０】
この課題を解決するために、本発明では、エラストマ体の継ぎ手軸線方向の幅が、軸継ぎ手の半径方向内側から外側へ見て少なくとも部分的に、直線的増大よりも急激に増大せしめられ、しかも、軸方向接続フランジが、連続的に湾曲した、折れ目のないエラストマ−金属−境界面形状を有するようにすることを提案する。
【００１１】
本発明によれば、エラストマ体の横断面が、少なくとも半径方向の内側区域と外側区域を有し、しかも、外側区域では、軸方向幅が、半径の増加につれて内側区域より急速に増大する。エラストマ体の幅は、従来技術では円錐形外套状の接続フランジのため、全横断面にわたりもっぱら直線的であり、したがって一定比率で増大するのに対し、本発明によれば、有効な弾性的な幅が、外側へ向かって少なくとも部分的に、より急激に増大する。
【００１２】
本発明の特に好ましい構成では、エラストマ体の横断面が半径方向で内側から外側へ向かって鐘形に拡大している。ゴブレット状またはチューリップ状とも呼ぶことのできる鐘形の構成により、個々の区域の間の移行部は連続的に丸く弧を描いている。接続フランジが角状に屈折して延在するのを避けることで、ゴム-金属境界面には一様な応力が加わることになる。不規則な構成は、これにより大幅に避けられる。
【００１３】
本発明は、言うまでもなく、閉じたリング状に構成されたエラストマ体に対しても、セグメント状のエラストマ体に対しても同じように実施できる。
【００１４】
本発明の特別な利点は、外側区域の弾性の行程長さが、外側区域に発生する、半径とともに不一様に増大する機械応力および熱応力に適応していることによる。その場合、加えて、エラストマ体の外套面を拡大することで、局所的な伸びがより小さくなると同時に、周囲空気への熱放出が改善される。これにより、冒頭に述べた老化効果は明らかに低減される。エラストマ体の全横断面積が適切な値であれば、全体として均等な応力が得られる。したがって、公知の継ぎ手構造形式、例えば既に引用したドイツ連邦共和国特許第３７１０３９０号または同特許第３３１０６９５号による構造形式と比較して、伝達可能な出力密度が高められる。このことは、所与のトルクに対し継ぎ手をより小さくでき、それによって所要組付けスペースをより小さくできることを意味する。
【００１５】
始めに述べた問題を解決するために、特に有利な別の実施形式では、伝動部材が、少なくとも１個の内側エラストマ体と、少なくとも１個の外側エラストマ体とを有し、しかも、エラストマ体が、継ぎ手軸と同軸線的に半径方向に互いに間隔をおいて配置され、かつ駆動側と従動側とに共通の１つの接続フランジを有している。
【００１６】
本発明によるこの構成は、同じように冒頭に述べた従来技術の継ぎ手でも実現でき、本発明により外側へ向かって不一様に拡張されたエラストマ体と関連させても実現できる。
【００１７】
本発明により構成されたトーション部材は、公知の従来技術と異なり、半径方向に一体のエラストマ体だけでなく、少なくとも２個以上のリング状またはセグメント状の別個のエラストマ体を有している。これらのエラストマ体は、互いに半径方向間隔を有し、しかも、駆動側にも従動側にも、各１個の半径方向に連続する共通の接続フランジを有している。このことは、それぞれ外側エラストマ体が、内側エラストマ体を周方向に連続する冷却通路を形成しながら取囲むことを意味する。
【００１８】
本発明の特別な利点は、周方向に貫通する空気潅流冷却通路が、軸線方向には金属製接続フランジにより仕切られることで得られる。動荷重の負荷時にエラストマ体の熱不良導性のゴム材料内に発生する熱は、冷却通路に沿って流れる空気が、吸収した熱を熱伝導率の高い接続フランジに直接に放出することで、特に良好に放熱される。
【００１９】
臨界的な局所熱ピークがゴム材料内に発生する事態が、本発明では、特に高い負荷のかかる外側エラストマ体が、より小さい半径方向寸法を有するようにすることで、付加的に防止される。こうすることにより、はじめて、局所的な熱負荷に対し最適に同調させた冷却が可能になり、それによりエラストマ材料の、好ましい特に一様な応力が生じる。その結果、伝動可能な出力密度や寿命のいずれもが高められる。
【００２０】
本発明の一実施形式の場合、エラストマ体は、共通で一体の接続フランジに取付けられている。このことは、それぞれ複数の内側と外側のエラストマ体が半径方向に連続する接続フランジに直接に加硫結合されていることを意味する。継ぎ手の構成形式に応じて、接続フランジは、リング状に一体形成するか、または部分リングを組合わせて構成することができる。後者の場合には、個々のエラストマ体は同じように部分リング形式を有している。
【００２１】
本発明による軸継ぎ手の特に好ましい別形式では、内側と外側のエラストマ体が伝動部材モジュールを形成するため、半径方向に取外し可能に順次に互いに結合された別個の接続フランジ・モジュールを備えている。この実施形式の特に好ましい点は、異なる寸法の軸継ぎ手を、標準化されたモジュールから組み木式に構成可能な点である。その目的のために、接続フランジ・モジュールは、周部側に対応接続手段、例えばねじ締結可能なフランジ穴を備えている。このようにすることで、伝動部材モジュールが半径方向にカスケード状に配置可能となり、この場合、共通の接続フランジ全体が、互いに結合された各接続フランジ・モジュールにより形成される。
【００２２】
製造に当たってのモジュール構造の利点は、異なる半径を有する複数伝動部材モジュールを段階状に使用できる点である。このため、異なる出力クラス用の軸継ぎ手が僅かな出費で大量生産でき、しかも高価な特別の製品を必要としない。
【００２３】
別の利点は、作動時に摩耗した伝動部材モジュールが、僅かな出費で交換可能であるため、損傷した継ぎ手の良好な作業状態を短期間に回復できる点である。
【００２４】
伝動部材モジュールの接続フランジ・モジュールは、半径方向に互いにはめ合わされるように構成するのが好ましい。この実施形式の場合、接続フランジ・モジュールは、それぞれ半径方向にエラストマ体から突出する。内側と外側のモジュールは、その場合、一方のモジュールの接続フランジが、半径方向で内側または外側に接続される次のモジュールの接続フランジ間に挿入できるように互いに調整されている。互いに取外し可能に結合するために、接続フランジ・モジュールは、半径方向の縁部区域で互いに対応するねじ締結用の軸線方向フランジ穴を有している。結合は、その場合、フランジボルトを介して行われる。
【００２５】
伝動部材モジュールは、またセグメント状または連続するリング状に構成できる。分割されている実施形式の場合は、外側モジュールの接続フランジ・セグメントは、組立て時に容易に半径方向にカスケード状に組付け可能である。しかし、リング状に閉じられた構成の場合、接続フランジ・モジュールは、同軸線的な組立てのため、先ず軸線方向に組合わされ、次いで、適当な接続手段、例えばねじ締結により互いに固定結合されるねばならない。この目的のために、後から付加可能な固定部材、例えばフランジリング等を使用することができる。その種の付加部材が不要で、対称的にはめ込み可能な構造形式が可能な特に好ましい変化形の場合、接続フランジ・モジュールがバヨネット式に構成される。その場合、接続フランジは、半径方向の欠切部と凸部とを有する対応する内側と外側のバヨネットを有し、それによって、組付け位置で、先ず、１個のフランジリングが軸線方向で次ぎに小さい接続フランジを越えて位置付け可能であり、次いで、同軸線的な組付け姿勢で相対回動により軸線方向にロック可能である。次いで、このロック位置で互いに対向する凸部が互いにねじ締結される。
【００２６】
外側エラストマ体は、軸線方向で内側エラストマ体より広幅であるのが好ましい。こうすることにより、スラスト公称応力が半径方向で内側から外側へ向かって一定となる。
【００２７】
実際に発生する荷重負荷に更に適切に適応するためには、内側と外側のエラストマ体の軸線方向の幅が、内側から外側へ向かって少なくとも部分的に、不一様に拡幅されるようにするのが好ましい。半径方向のエラストマ体断面は、したがって半径方向に内側から外側へ鐘形またはチューリップ形の断面を有している。このことは、個々のエラストマ体についても、軸継ぎ手のエラストマ体全体についても言える。このようにすることにより、局所的な応力が一様に分配され、かつ相応に寿命が延長される。
冷却の改善のため、各伝動部材は軸線方向に貫通する冷却窓を有している。
【００２８】
付加的に、エラストマ体内に冷却部材を取出し不能に埋め込むことも可能である。その場合、熱伝導率の高い材料製の構成部材が、エラストマ体内で、最高熱が発生する芯の区域とその外側の、より熱の低い区域とに延在するようにする。こうすることにより、該構成部材は、臨界区域からの効果的な放熱に役立つ。トーション部材内では、この冷却部材が、好ましくは軸線方向の冷却板として構成され、少なくとも各エラストマ体の外表面まで延びている。この構成は、冷却部材が外方へ突出している場合、製造技術的に、加硫時のゴムの射出のさい、冷却部材が、突出する区域内に確実かつ固定的に埋め込まれ得る利点を有している。
【００２９】
接続フランジとのエラストマ体の結合を最大の応力に対しても最適化するためには、接続フランジが、軸線方向および／または半径方向に突出する止め肩を有するようにし、該止め肩をエラストマ体が取囲むようにするのが好ましい。また、これらの止め肩は、横断面が丸くされたリング状肩として構成するのが好ましい。そうすることにより、特に荷重のかかる縁部区域での加硫結合の付着性が改善される。
【００３０】
（発明の好適な実施態様）
以下で、本発明の実施例を図面につき詳説する。
【００３１】
図１には、全体が符号１で示された本発明によるトーション部材の半径方向横断面が略示されている。図面の下方には継ぎ手軸線Ｋが示されている。
【００３２】
トーション部材１は、リング状、セグメント状のいずれにも構成することができる。
【００３３】
トーション部材１は、軸線方向の鋼製接続フランジ２を有し、該接続フランジが軸線方向にゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄに加硫結合されている。
【００３４】
接続フランジ２は、ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄから半径方向に突出し、突出した区域には軸線方向のフランジ穴４を有している。トーション部材１は、該フランジ穴に差込まれた個々には図示されていないねじボルトにより、駆動トレーンに組込まれるか、または複数のその種のトーション部材１が、半径方向にカスケード状に連結される。
【００３５】
接続フランジ２は、軸継ぎ手の半径方向内側区域ではＶ字形をなしている。これにより、間に介在するゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄの軸方向幅は、半径方向に内側から外側へ向かって一様に増大している。外側区域では、接続フランジ２は、互いに外方へ湾曲し拡幅され、その結果、この区域ではゴム体３の軸方向幅が不一様に拡幅されている。これにより、ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄにより構成される全エラストマ製継ぎ手体の、本発明によるチューリップ形または鐘形が得られる。
【００３６】
ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄの間には周方向に連続する冷却通路５が延在している。
【００３７】
接続フランジ２は、冷却窓６を備えている。
【００３８】
図２には本発明によるトーション部材１が、図１同様の図で示されている。この図でも同じ符号が使用されている。図１に示した実施例と異なり、この場合は、各個別ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄは、半径方向に内側から外側へ向かってチューリップ形または鐘形に構成されている。言い換えると、ゴム体の軸方向幅は外方へ向かって部分的に不一様に拡幅されている。付加的に各ゴム体の半径方向厚さが外側へ向かって減少し、これにより、その時々の局所的荷重に対してよりよく冷却を適応させることができる。
【００３９】
図３は、本発明により構成された軸継ぎ手の、図１および図２同様の断面図である。この図の場合も、同じ符号が使用されている。図１および図２に示した実施例と異なり、この図の実施例の場合、各個別ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃが、それぞれ別個の接続フランジ・モジュール２ａ,２ｂ,２ｃを備えており、伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃが形成されている。
【００４０】
伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃは、軸継ぎ手の半径方向外側のモジュールが、内側のモジュールにそれぞれカスケード状にはめ込まれ、しかも、接続フランジ２ａ,２ｂ,２ｃが、それぞれフランジ穴４の区域で重なり合い、図示されていないフランジボルトにより互いにねじ締結されている。
【００４１】
ゴム体３ａ,３ｂ,３ｃは、各伝動部材１ａ,１ｂ,１ｃごとに、図２の場合同様、それぞれチューリップ形または鐘形の横断面に構成されている。
【００４２】
組み木式に取外し可能に互いに結合された伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃの間には、周方向に連続する冷却通路５が延在している。
【００４３】
伝達されるべき出力に応じて、図示のように３個の、または２個だけの、または２個以上の伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃを、カスケード状に結合できる。これにより、伝達すべきトルクに継ぎ手を最適適合させることが可能である。伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃを標準化することにより、特に合理的な製造が可能になる。
【００４４】
伝動部材モジュール１ａ,１ｂ,１ｃは、また閉じられたリング状またはセグメント状に構成することができる。接続フランジ２ａ,２ｂ,２ｃとエラストマ体３ａ,３ｂ,３ｃとは、その場合、相応に一体に構成されるか、または分割された構成となる。リング状の構成では、接続フランジ２ａ,２ｂ,２ｃは、好ましくはバヨネット式に、半径方向の対応突出部および凹部を備えている。
【００４５】
図３に示した伝動部材１ａ,１ｂ,１ｃは、図１および図２の場合同様に、冷却窓６または付加的な冷却通路５を備えている。
【００４６】
加えて、ゴム体３内には、図示はされていないが、冷却手段を埋め込むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による伝動部材の第１実施例の横断面図である。
【図２】 本発明による伝動部材の第２実施例の横断面図である。
【図３】 本発明による伝動部材モジュールで組立てられた軸継ぎ手の横断面図である。

Claims (17)

1. 弾性的な軸継ぎ手であって、駆動側と従動側とに軸方向接続フランジが固定取付けされた弾性変形可能な少なくとも１個のエラストマ体を有する少なくとも１個のトーション部材を、伝動部材として有し、しかも、前記エラストマ体の継ぎ手軸線（K）方向の幅が、軸継ぎ手の半径方向内側から外側へ見て増大している形式のものにおいて、
   エラストマ体（３）の継ぎ手軸線（K）方向の幅が、軸継ぎ手の半径方向内側から外側へ見て少なくとも部分的に、直線的増大よりも急激に増大して、エラストマ体（３）の横断面が鐘形をなし、しかも双方の軸方向接続フランジ（２）が、連続的に湾曲した、折れ目の無いエラストマ−金属−境界面形状を有することを特徴とする、弾性的な軸継ぎ手。
2. 前記伝動部材（１/１ａ,１ｂ,１ｃ）が、少なくとも１個の内側エラストマ体（３ａ）と少なくとも１個の外側エラストマ体（３ｂ）とを有し、しかも、エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄ）が、継ぎ手軸線（Ｋ）に対し同軸線的に互いに半径方向間隔をおいて配置され、かつ駆動側と従動側とに共通の接続フランジ（２/２ａ,２ｂ,２ｃ）を有していることを特徴とする、特に請求項１記載された弾性的な軸継ぎ手。
3. 前記エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄ）が、共通の一体の接続フランジ（２）に取付けられていることを特徴とする、請求項２に記載された軸継ぎ手。
4. 前記エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）が、伝動部材モジュール（１ａ,１ｂ,１ｃ）形成のため、別個の接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）を備えており、該モジュールが、半径方向に連続して互いに取外し可能に結合可能であることを特徴とする、請求項２に記載された軸継ぎ手。
5. 前記伝動部材モジュール（１ａ,１ｂ,１ｃ）の接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）が、半径方向に互いにはめ込み可能である、請求項４に記載された軸継ぎ手。
6. 前記接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）が、互いのねじ付け用に、半径方向の縁部区域に軸方向フランジ穴（４）を有している、請求項４に記載された軸継ぎ手。
7. 前記接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）がセグメントにされていることを特徴とする、請求項４に記載された軸継ぎ手。
8. 前記接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）がリング状であることを特徴とする、請求項４に記載された軸継ぎ手。
9. 前記接続フランジモジュール（２ａ,２ｂ,２ｃ）がバヨネット式に構成されていることを特徴とする、請求項８に記載された軸継ぎ手。
10. 外側エラストマ体（３ｂ）が内側エラストマ体（３ａ）より軸方向に広幅であることを特徴とする、請求項２に記載された軸継ぎ手。
11. 前記エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）ガリング状に構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された軸継ぎ手。
12. 前記エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）がセグメントとして構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された軸継ぎ手。
13. 前記伝動部材（１）が軸方向に貫通する冷却窓（６）を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された軸継ぎ手。
14. 前記エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）内に冷却部材が取出し不能に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された軸継ぎ手。
15. 前記冷却部材が軸方向冷却薄板として構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載された軸継ぎ手。
16. 前記冷却部材が、エラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）の少なくとも外表面まで延びていることを特徴とする、請求項１４に記載された軸継ぎ手。
17. 前記接続フランジ（２ａ,２ｂ,２ｃ）が、軸方向および／または半径方向に突出する止め肩を有し、該止め肩をエラストマ体（３ａ,３ｂ,３ｃ）が取囲むことを特徴とする、請求項１または請求項３に記載された軸継ぎ手。

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