WO1990007068A1 - Drehelastische kupplung - Google Patents

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Franz Josef Wolf
Hubert Pletsch
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Woco Franz-Josef Wolf & Co.
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    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/373—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by having a particular shape
    • F16F1/377—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by having a particular shape having holes or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/58—Details
    • F16D13/60—Clutching elements
    • F16D13/64—Clutch-plates; Clutch-lamellae
    • F16D13/68—Attachments of plates or lamellae to their supports
    • F16D13/686—Attachments of plates or lamellae to their supports with one or more intermediate members made of rubber or like material transmitting torque from the linings to the hub
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
    • F16D3/64—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members comprising elastic elements arranged between substantially-radial walls of both coupling parts
    • F16D3/68—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members comprising elastic elements arranged between substantially-radial walls of both coupling parts the elements being made of rubber or similar material

Definitions

  • the invention relates to a torsionally flexible shaft coupling 'with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Known couplings of this type have each other in the direction of rotation of the two coupling parts
  • Hintergrei end stop elements between which rubber buffers are used to produce the torsional elasticity.
  • These rubber buffers are solid rubber blocks with dimensions which are relatively small in comparison to the dimensions of the couplings, so that they are loaded at least essentially exclusively by pressure and / or tension by the mutually rotatable stops of the coupling parts.
  • the object of the invention is to improve a rotary-elastic shaft coupling of the type described in the introduction in such a way that large angles of rotation can be used with a soft characteristic curve, with the input shaft and output shaft being acoustically decoupled at the same time.
  • the essence of the invention is therefore based on using, instead of relatively small-volume rubber buffers to produce the torsional elasticity, large-volume rubber-spring elements, which are in cages
  • the torsionally elastic spring properties of this coupling can be significantly improved by the fact that the rubber spring element has cavities in a uniform spatial distribution, which have the shape of regular polyhedra or spherical shape and ⁇ whose cross-sectional area is larger than the cross-sectional area of hollow channels, which penetrate a sequence of these cavities in the middle and become extend at least substantially axially over the z-at least substantially the entire height of the rubber spring element.
  • the cavities are preferably arranged in the manner of a cubic, inner-centered, densest spherical packing, widening in the distribution density from radially inside to radially outside, and preferably in the axial direction, based on the coupling or the rubber spring element, in at least four, preferably at least five layers ⁇ on top of each other.
  • the torsionally flexible shaft coupling according to the invention can be designed both as a fixed coupling and as a separating clutch, and also as a conventional separating clutch with a friction lining.
  • the clutch is preferably used both as a separating clutch between the engine and transmission and as a fixed clutch in the drive shaft.
  • FIG. 10 is an axial top view of an opened and partially sectioned shaft coupling
  • Fig. 2 shows a section according to II-II in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a view in the direction III in Fig. 2nd
  • the hub part 1 which is non-rotatably connected to a first of two shafts to be connected, not shown here, and a driver part 4, which is non-rotatably connected to the other, likewise not here shown shaft is connected.
  • a tongue and groove rim 3 is used to connect the hub part 1 to one of the two shafts.
  • Sliding bearing elements 2 secure the carrier plates ⁇ (FIG. 2) on the hub part 1.
  • a lining carrier 6 serves to connect the driver part 4 to the second of the two shafts to be connected to one another.
  • An axially cylindrical can-shaped cage 7 is formed between the two carrier plates ⁇ .
  • this carrier sheet cage 7 two identical rubber spring elements 8 0 are arranged, in each case in contact with stop surfaces
  • the stops 14 each have ⁇ cutouts l in the radial plane, through which drive arms 16, 17, which also extend radially in the manner of a spoke, and which are a rotationally fixed component of the hub part 1, can be rotated.
  • the axial stop faces 19 reinforced with steel plates 18 carry protruding knobs 20 with which the rubber spring elements 8 rest loosely on the stop faces of the drivers 16, 17.
  • the rubber spring element 18 consists of a solid rubber block which is interspersed with a number of hollow channels 21 which extend parallel to one another in the axial direction through the entire ⁇ axial height of the spring element and penetrate spherical cavities which are formed in the rubber spring block and whose diameter is larger than the diameter of the hollow channels 21. For the sake of clarity, these cavities are not shown separately in the figures.
  • the inner surfaces of the carrier sheet metal cage 7 and the outer surfaces of the rubber spring elements 8 are tefIonized in order to reduce the friction between the cage walls and the surfaces of the rubber spring elements.
  • the contours of the cage walls are so far oversized in the radial and / or axial ⁇ direction compared to the outer contours of the rubber spring elements that they with play, i.e. leaving an annular space 22 in the cages.
  • a particularly soft characteristic curve can be achieved, particularly in the initial region of the working range of the spring characteristic of these rubber spring elements.
  • an axially projecting stop pin 23 is formed which engages in a groove or recess 24 which limits the angle of rotation and is formed in at least one of the carrier plates ⁇ , here formed by deep drawing.

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Abstract

Weiche, akustisch abkoppelnde drehelastische Wellenkupplung mit einem Nabenteil (1) und einem aus Trägerblechen gebildeten Mitnehmerteil (4). In den Trägerblechen ist mindestens ein Käfig ausgebildet, in den mindestens ein Gummifederelement (8) eingelegt ist, das die Form einer kreiszylindrischen Scheibe oder eines kreiszylindrischen Ringes oder Ringsegmentes aufweist. Zum Erhalt einer besonders weichen Drehfederkennlinie ist vorgesehen, dass das Gummifederelement (8) in gleichmässiger räumlicher Verteilung Hohlräume aufweist, die die Form regelmässiger Polyeder oder Kugelgestalt haben und deren Querschnittsfläche grösser als die Querschnittsfläche von Hohlkanälen (21) ist, die eine Folge dieser Hohlräume mittig durchsetzen und sich zumindest im wesentlichen über die gesamte Höhe des Gummifederelementes erstrecken.

Description

DREHELASTISCHE KUPPLUNG
Die Erfindung betrifft eine drehelastische Wellenkupplung' mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Bekannte Kupplungen dieser Art weisen einander in Drehrichtung der beiden Kupplungsteile hintergrei ende Anschlagelemente auf, zwischen die zur Herstellung der Drehelastizität Gummipuffer eingesetzt sind. Diese Gummipuffer sind Vollgummiblöcke mit Abmessungen, die im Vergleich zu den Abmessungen der Kupplungen relativ klein sind, so daß sie von den gegeneinander verdreh¬ baren Anschlägen der Kupplungsteile zumindest im wesentlichen ausschließlich auf Druck und/oder Zug belastet werden.
Der Arbeitsbereich dieser Kupplungen ist durch nur sehr kleine Drehwinkel gekennzeichnet. Zudem sind solche Kupplungen in der Regel ausgesprochen laut, d.h. übertragen Schallwellen im
Körperschluß praktisch ungehindert von einer auf die andere der beiden miteinander zu verbindenden Wellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehelasτische Wellenkupplung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit weichem Kennlinienverlauf große Drehwinkel nutzbar werden, wobei gleichzeitig Eingangswelle und Ausgangs¬ welle akustisch entkoppelt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine drehelastische Wellen¬ kupplung der eingangs genannten Art, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Das Wesen der Erfindung beruht also darauf, statt relativ kleinvolumigen Gummipuffern zur Herstellung der Drehelastizität großvoiumige Gumm-ifedereiemente zu verwenden, die in Käfigen
ERSATZBIAT oder Kammern eingesetzt sind, die in den Trägerblechen der Kupplung ausgebildet sind. Dabei wird durch entsprechendes Übermaß der Kammer der erforderliche Ausweichraum für die Gummifederelemente vorgesehen. Durch diese Maßnahmen kann eine δ hohe Gleichverteilung der Verformungsspannung in den Gummi¬ federelementen erzielt werden, die einerseits eine spürbare Vergrößerung des nutzbaren Drehwinkels einer solchen dreh¬ elastischen Kupplung bewirken, andererseits aber auch Ursache für eine bislang nicht erreichte Standzeit einer mit Gummi- 0 federelementen abgefederten drehelastischen Kupplung* sind.
Die drehelastischen Federeigenschaften dieser Kupplung können wesentlich dadurch verbessert werden, daß das Gummifederelement in gleichmäßiger räumlicher Verteilung Hohlräume aufweist, die die Form regelmäßiger Polyeder oder Kugelgestalt haben und δ deren Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche von Hohlkanälen ist, die eine Folge dieser Hohlräume mittig durchsetzen und sich zumindest im wesentlichen axial über die z-umindest im wesentlichen gesamte Höhe des Gummifederelementes erstrecken. Die Hohlräume sind vorzugsweise nach Art einer 0 kubisch innenzentrierten dichtesten Kugelpackung sich von radial innen nach radial außen in der Verteilungsdichte aufweitend angeordnet, und zwar vorzugsweise in axialer Richtung, bezogen auf die Kupplung bzw. das Gummifederelement, in mindestens vier, vorzugsweise mindestens fünf Schichten δ übereinander.
Mit einer solchen Hohlgummistruktur des Gummifederelementes werden nicht nur verbesserte weiche und breite Arbeitsbereiche der Federfcennlinie, sondern vor allem auch eine wesentlich verbesserte akustische Entkopplung zwischen Eingangswelle und 0 Ausgangswelle erreicht.
Die drehelastische Wellenkupplung gemäß der Erfindung kann sowohl als Festkupplung" als auch als Trennkupplung, auch als herkömmliche Trennkupplung mit Reibbelag, ausgebildet sein.
ERSATZBLATT Im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen wird die Kupplung vorzugsweise sowohl als Trennkupplung zwischen Motor und Getriebe als auch als Festkupplung in der Antriebswelle verwendet .
δ Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
10 Fig. 1 in axialer Draufsicht eine geöffnete und teilweise geschnittene Wellenkupplung;
Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1; und
Fig. 3 eine Sicht in Richtung III in Fig. 2.
Die in Fig. 1 dargestellte drehelastische Wellenkupplung lδ besteht aus zwei Kupplungsteilen, nämlich dem Nabenteil 1, das drehfest mit einer hier nicht dargestellten ersten von zwei miteinander zu verbindenden Wellen verbunden ist, und einem Mitnehmerteil 4, das drehfest mit der anderen, hier ebenfalls nicht dargestellten Welle verbunden ist.
20 Zum Verbinden des Nabenteils 1 mit einer der beiden Wellen dient in an sich bekannter Weise ein Nut-Feder-Kranz 3. Gleit¬ lagerelemente 2 sichern die Trägerbleche δ (Fig. 2) auf dem Nabenteil 1.
Ein Belagträger 6 dient bei dem hier gezeigten Beispiel einer δ Trennkupplung dem Verbinden des Mitnehmerteils 4 mit der zweiten der beiden miteinander zu verbindenden Wellen.
Zwischen den beiden Trägerblechen δ ist ein axial gesehen zylindrischer dosenförmiger Käfig 7 ausgebildet. In diesem Trägerblechkäfig 7 sind zwei identische Gummifederelemente 8 0 angeordnet, und zwar jeweils anliegend an Anschlagflächen
SATZBLATΓ
ER 9,10,11,12, die an speichenartig' radial stehenden Anschlägen 13, 14 ausgebildet sind, die ihrerseits drehfest mit dem Mitnehmerteil 4 verbunden bzw. Bestandteil dieses Mitnehmer¬ teils sind. Die Anschläge 14 weisen in der Radialebene jeweils δ Ausschnitte l auf, durch die hindurch ebenfalls sich radial speichenartig erstreckende Mitnehmerarme 16,17 drehbar sind, die drehfester Bestandteil des Nabenteils 1 sind.
Die mit Stahlplatten 18 verstärkten axialen Anschlagflächen 19 tragen in Umfangsrichtung vorspringende Noppen 20, mit denen 0 die Gummifederelemente 8 lose an den Anschlagflächen der Mitnehmer 16,17 anliegen.
Das Gummifederelement 18 besteht aus einem Vollgummiblock, der mit einer Anzahl von Hohlkanälen 21 durchsetzt ist, die sich parallel zueinander in axialer Richtung durch die gesamte δ axiale Höhe des Federelementes hindurchziehen und kugelförmige Hohlräume durchsetzen, die in dem Gummifederblock ausgebildet sind und deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Hohlkanäle 21 ist. Aus Gründen der klareren Darstellung sind diese Hohlräume in den Figuren nicht separat dargestellt.
0 Die Innenflächen des Trägerblechkäfigs 7 und die Außenflächen der Gummifederelemente 8 sind tefIonisiert, um die Reibung zwischen den Käfigwänden und den Oberflächen der Gummifeder¬ elemente zu vermindern.
Die Konturen der Käfigwände sind in radialer und/oder axialer δ Richtung gegenüber den Außenkonturen der Gummifederelemente so weit überdimensioniert, daß diese mit Spiel, d.h. unter Freilassen eines Ringraumes 22, in den Käfigen liegen. Dadurch kann insbesondere im Anfangsbereich des Arbeitsbereiches der Federkennlinie dieser Gummifederelemente ein besonders weicher 0 Kennlinienverlauf erzielt werden.
Da es bei zahlreichen Anwendungen wünschenswert ist, die Gummifedern, die die Drehelastizität der Kupplung vermitteln, nicht bis an ihre Leistungsgrenzen zu belasten, ist in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Weise am Mitnehmer 16 des Nabenteils
ERSATZBLATT 1 ein axial vorspringender Anschlagzapfen 23 ausgebildet, der in eine verdrehwinkelbegrenzende Nut oder Aussparung 24 eingreift, die in zumindest einem der Trägerbleche δ ausgebildet, hier durch Tiefziehen ausgebildet, ist.
ERSATZBLATT

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Drehelastische Wτellenkupplung bestehend aus zwei Kupplungsteilen, nämlich einem Nabenteil mit Mitteln zum drehfesten Anschluß an eine von zwei miteinander zu
10 verbindenden Wellen und einem Mitnehmerteil, das seiner¬ seits im wesentlichen aus zwei Trägerblechen besteht, die Mittel zum Anschluß an die zweite der beiden miteinander zu verbindenden Wellen aufweisen und zwischen sich mindestens einen Käfig einschließen, in dem jeweils lö zwischen mindestens einem Mitnehmer oder Anschlag jeder der beiden Kupplungsteile mindestens ein Gummifederelement eingeschlossen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gummi ederelement die Form einer kreis-
20 zylindrischen Scheibe oder eines kreiszylindrischen Ringes oder Ringsegments aufweist.
2. Kupplung nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gummifederelement in gleichmäßiger räumlicher 2δ Verteilung Hohlräume aufweist, die die Form regelmäßiger
Polyeder oder Kugelgestalt haben und deren
ERSATZBLATT Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche von Hohlkanälen ist, die eine Folge dieser Hohlräume mittig durchsetzen und sich zumindest im wesentlichen axial über zumindest im wesentlichen die gesamte Höhe des Gummifeder- δ elementes erstrecken.
3. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Nabenteil mindestens einen block- oder scheiben¬ förmigen, sich speichenartig radial in eine der Träger-
10 blechkäfige hinein erstreckenden Mitnehmer trägt, der mit einer von zwei axialen Anschlagflächen oder Lastaufnahme¬ flächen des Gummifederelementes zusammenwirken kann, während das Mitnehmerteil einen ebenfalls radial stehenden speichenartigen Anschlag trägt, der mit der jeweils lδ zweiten axialen Anschlagfläche des Gummifederelementes zusammenwirken kann.
4. Kupplung nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anschlag des Mitnehmerteils in der Radialebene so 0 ausgeschnitten ist, daß der Mitnehmer des Nabenteils durch den Anschlag des Mitnehmerteils hindurchdrehbar ist, während die Anschlagflächen des Gummifederelementes abgestützt bleiben
δ . Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis ,
5 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlagflächen des Gummifederelementes mit lastaufnehmenden Versteifungsteilen verstärkt sind.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis δ , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , 0 daß die Innenflächen des Trägerblechkäfigs und die
Außenflächen des Gummifederelementes komplementär zueinander sind.
£*SA TSβc rr
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Z3 rlindrischen Begrenzungsflächen des Gummi¬ federelementes und des Käfigs einander mit einem Spiel, δ insbesondere mit einem Spiel von einigen Millimetern, gegenüberliegen.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Wandflächen des Gummifederelementes und 10 des Käfigs an sich bekannte Mittel zur Verminderung der
Reibung vorgesehen sind.
9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mitnehmer des Nabenteils ein axial vorspringendes lδ stiftartiges Anschlagelement trägt, das in eine Nut ein¬ greift, die in zumindest einem der beiden Trägerbleche mit einem begrenzten Bogenwinkel ausgebildet ist.
10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
20 daß die Anschlagflächen des Gummifederelementes zumindest im Angriffsbereich des Mitnehmers des Nabenteils in U faήgsrichtung vorspringende leicht verformbare Rippen oder Noppen tragen.
11. Verwendung der Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 2δ als Trennkupplung oder Festkupplung im Kraftfahrzeugbau, insbesondere als Teil des Antriebstranges.
ERSATZBLATT
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