WO1999043966A1 - Elastische wellenkupplung - Google Patents

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WO1999043966A1
WO1999043966A1 PCT/EP1999/000739 EP9900739W WO9943966A1 WO 1999043966 A1 WO1999043966 A1 WO 1999043966A1 EP 9900739 W EP9900739 W EP 9900739W WO 9943966 A1 WO9943966 A1 WO 9943966A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coupling
shaft coupling
anchor elements
elastic shaft
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/000739
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Zimmermann
Ralf Krause
Original Assignee
Wegu Gummi- Und Kunststoffwerke Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wegu Gummi- Und Kunststoffwerke Gmbh & Co. Kg filed Critical Wegu Gummi- Und Kunststoffwerke Gmbh & Co. Kg
Publication of WO1999043966A1 publication Critical patent/WO1999043966A1/de

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F16D3/78—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 shaped as an elastic disc or flat ring, arranged perpendicular to the axis of the coupling parts, different sets of spots of the disc or ring being attached to each coupling part, e.g. Hardy couplings

Definitions

  • the invention relates to an elastic shaft coupling with a first coupling part having at least two anchor elements and a second coupling part having at least two anchor elements, the anchor elements of the two coupling parts being arranged in a common radial space of the shaft coupling such that the anchor elements of the one coupling part and the anchor elements of the other coupling part alternately follow one another in the circumferential direction, and wherein each anchor element has two contact surfaces in the circumferential direction, facing one another and having a radial expansion, for loop-shaped elastic coupling elements which connect each anchor element to the adjacent anchor elements in a torque-transmitting manner.
  • Such an elastic shaft coupling is known from EP 0 584 821 B1.
  • the coupling elements are as elastomer tabs or Elastomer rings formed which have a loop-shaped reinforcement insert made of high-strength fiber material vulcanized into elastomer.
  • the loops run in a flat, stadium-like manner, a 0, the loop legs running between the contact surfaces being aligned parallel to one another.
  • the contact surfaces are provided on outward-pointing anchor pins of the anchor elements, the two contact surfaces provided for a coupling element on adjacent anchor elements running parallel to one another.
  • the elastic shaft coupling according to EP 0 584 821 B1 has a very compact design, in particular in the axial direction.
  • the invention has for its object to further develop an elastic shaft coupling of the type described in such a way that its basic structure makes it suitable for higher torque loads without the elastic coupling elements even being partially overstressed.
  • this object is achieved in the case of an elastic shaft coupling of the type described in the introduction in that the contact surfaces provided on two adjacent anchor elements for a coupling element are spaced apart from one another in the radial direction.
  • the increasing distance in the radial direction takes into account a pivoting of the two coupling parts when the elastic shaft coupling is loaded by high torques.
  • the anchor elements, between which a torque transmission takes place are pivoted apart about the axis of the shaft coupling until the elastic support of the two anchor elements to one another absorbs the torque to be transmitted.
  • the contact surfaces according to the invention with the spacing from one another increasing in the radial direction does not prevent the spacing of the radially outer regions of the contact surfaces from increasing absolutely more than that of the radially inner regions of the contact surfaces.
  • the relative increase in the distance between the contact surfaces is evened out. This means that the distance between the contact surfaces, which increases in the radial direction, increases by approximately the same relative part in all areas due to the pivoting movement of adjacent anchor elements.
  • each coupling element is evenly loaded over its entire radial extent. This is particularly noticeable at low elastic yield limits, because all areas of each coupling elements evenly approach this yield point.
  • the distance between two contact surfaces provided for a coupling element in the preferred embodiment of the new elastic shaft coupling increases in the radial direction in such a way that the coupling element experiences a uniform relative expansion during the torque transmission between the adjacent anchor elements via its radial extension. Not only the maximum distance between the contact surfaces in the circumferential direction must be taken into account, but also their further course, which also determines the effective length of the coupling element between the contact surfaces.
  • each coupling element in order to transmit high torques between the two coupling parts, it is necessary for each coupling element to have a loop package.
  • a loop package is preferably formed by a quasi endless loop, which in turn preferably consists of a high-strength fiber material.
  • a loop made of macaw fibers is suitable, which has an elastic yield strength of approximately 3%.
  • the loop is preferably wound directly onto the respective contact surfaces of the anchor elements.
  • a separate production of the loop package is not only fundamentally more complex, but is also associated with particular difficulties due to the increasing spacing of the contact surfaces in the new elastic shaft coupling, since a finished loop package is applied to these contact surfaces only with great effort 5 can be.
  • the basic advantage of direct winding of the sling on the contact surfaces lies in lower production costs for the elastic shaft coupling.
  • a base body made of elastomer material and embedding the anchor elements can be provided.
  • This base body can also embed the loop packs of the coupling elements and thus form additional parts of the coupling elements.
  • the elastomer material should only partially cover the space between the anchor elements, i. H. bridge while leaving open spaces.
  • the free spaces are required so that the volume-constant elastomer material can escape into these free spaces under tangential loading and cause no axial forces between the anchor elements.
  • two adjacent anchor elements can partially overlap in the circumferential direction, forming a free space which is at least partially bridged by the elastomer material, the intermediate space being formed mirror-symmetrically to a radial plane of the shaft coupling.
  • the free spaces without an elastomer material in the intermediate space between the adjacent anchor elements are not absolutely necessary, because any axial forces occur in both directions and thus cancel each other out.
  • the new elastic shaft coupling can be designed in accordance with EP 0 584 821 B1. Beyond their teaching, however, it is also possible to provide an odd number of anchor elements for both coupling parts, which are then not diametrically opposed with respect to the axis of the shaft coupling, but are arranged in rotationally symmetrical positions about this axis. 6
  • FIG. 2 shows the anchor elements of the elastic shaft coupling in a loaded position
  • FIG. 3 shows a partially sectioned view of the elastic shaft coupling
  • FIG. 4 shows a cross section through the elastic shaft coupling according to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a cross section corresponding to FIG. 4 through an alternative embodiment of the elastic shaft coupling
  • FIGS. 4 and 5 shows a cross section corresponding to FIGS. 4 and 5 through a further embodiment of the elastic shaft coupling.
  • Figure 1 shows four anchor elements 1 to 4 of an elastic shaft coupling without the other components of this elastic shaft coupling.
  • the anchor elements 1 and 3 are assigned to a first coupling part and the anchor elements 2 and 4 to a second coupling part. This means that when using the elastic shaft coupling, the anchor elements 1 and 3 are to be rigidly connected, for example, to an input shaft, while the anchor elements 2 and 4 are to be rigidly connected to an associated output shaft.
  • the anchor elements 1 to 4 are arranged in a radial space of the elastic shaft coupling running parallel to the plane of the drawing.
  • An anchor element 1 or 3 of the first coupling part follows alternately in the circumferential direction about the axis 5 on an anchor element 4 or 2 of the second coupling part.
  • the torque transmission between the anchor elements 1 and 3 of the first coupling part and the anchor elements 2 and 4 of the second coupling part takes place via coupling elements not shown in FIG. 1.
  • the coupling elements each elastically connect two anchor elements which follow one another in the circumferential direction about the axis 5.
  • two anchor surfaces 1 and 4 which are successive and face one another in the circumferential direction, are provided on each anchor element 1 to 4.
  • the contact surface 6 of an anchor element and the contact surface 7 of the adjacent anchor element serve to support the same coupling element.
  • the distance between these contact surfaces 6 and 7 for the same coupling element increases in the radial direction away from the axis 5 until the contact surfaces 6 and 7 end in a retaining collar 8 for the respective coupling element.
  • the distance between the contact surfaces 6 and 7 for these coupling elements increases.
  • the increase in the distance from the axis 5 is not constant in the radial direction, but rather increases in this radial direction. This is due to the fact that under the torque load the first and the second coupling part around 8 the axis 5 can be pivoted against each other.
  • the distance between the contact surfaces 6 and 7 for each coupling element increases in the basic position of the elastic shaft coupling according to FIG. 1 in the radial direction so much that the pivoting movement between the first and the second coupling part leads to a uniform relative expansion of the respective coupling element over the latter entire radial expansion leads.
  • the respective coupling element is loaded uniformly over its entire radial extent and, for example, evenly approaches an elastic yield strength of the underlying material. This reliably prevents premature overloading of individual areas of the coupling elements.
  • FIG. 3 shows the entire elastic shaft coupling 10 in a viewing direction corresponding to FIGS. 1 and 2.
  • the elastic shaft coupling 10 is shown in the unloaded basic state. In the upper half of Figure 3, the elastic shaft coupling 10 is cut perpendicular to the axis 5, shown below uncut.
  • Loop packs 11 are provided as coupling elements between the anchor elements 1 to 4.
  • the loop packs 11 are wound from loops of a high-strength fiber material which are wound directly onto the respective contact surfaces 6 and 7 of adjacent anchor elements.
  • the high-strength fiber material is aramide.
  • the anchor elements 1 to 4 and the loop packets 11 are vulcanized into a base body 12 made of elastomer material 13.
  • the base body 12 defines the relative position of the anchor elements 1 to 4 and the loop packets 11 in the radial space of the elastic shaft coupling 10. It also leads to further elastic support the anchor elements 1 to 4 to each other and to dampen vibrations occurring between the first and the second coupling part.
  • Through fastening bores 9 are provided in the anchor elements 1 to 4 for fastening the input shaft to the first coupling part and the output shaft to the second coupling part.
  • the anchor elements 1 to 4 are supported radially inwards on a centering ring 15.
  • the centering ring 15, like the anchor elements 1 to 4, can be made of metal. Training from high-strength plastic is also conceivable. The choice of material depends on the load on the respective elastic shaft coupling 10 during operation.
  • FIG. 4 shows a cross section through the elastic shaft coupling 10 according to the section line IV - IV according to FIG. 3. From this cross section it can be seen that two adjacent anchor elements, here the anchor elements 1 and 4, form a Z-shaped space 16 in the circumferential direction partially overlap axis 5. To support the bearing elements against one another, the intermediate space 16 is partially bridged in the circumferential direction about the axis 5 with the elastomer material 13 of the base body 12. However, a free space 17 is left without an elastomer material in order to give the elastomer material 13 bridging the interspace 16 a possibility of evasion under tangential loading.
  • the free space 17 is provided in the area of the middle section of the Z-shaped intermediate space 16.
  • FIG. 5 which shows a cross section corresponding to FIG. 4 through an alternative embodiment of the elastic shaft coupling 10
  • the Z-shaped intermediate space 16 between the adjacent anchor elements 1 and 4 is bridged by the elastomer material 13 exactly where the free space 17 is provided according to FIG is.
  • two free spaces 17 are present in the axially outer regions of the Z-shaped intermediate space 16 in order to accommodate the elastomer material 13 in the Z-shaped one 10
  • FIG. 6 outlines a further possibility of avoiding axial forces between adjacent anchor elements 1 and 4, which can potentially occur due to a tangential loading of elastomer material 13 in an intermediate space 18 between the adjacent and partially overlapping anchor elements 1 and 4.
  • the adjacent anchor elements 1 and 4 are designed in their overlap area in such a way that the intermediate space 18 has a mirror-symmetrical structure with respect to a radial plane 19 which runs perpendicular to the axis 5.
  • no axial forces occur between the adjacent anchor elements 1 and 4 even if this intermediate space 18 is completely filled with the elastomer material 13.
  • the elastic shaft coupling 10 according to FIG.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

Eine elastische Wellenkupplung weist ein erstes Kupplungsteil (1, 3) und ein zweites Kupplungsteil (2, 4) mit jeweils mindestens zwei Ankerelementen (1 bis 4) auf. Die Ankerelemente (1 bis 4) der beiden Kupplungsteile (1, 3 und 2, 4) sind in einem gemeinsamen Radialraum der Wellenkupplung so angeordnet, daß die Ankerelemente (1 und 3) des einen Kupplungsteils und die Ankerelemente (2 und 4) des anderen Kupplungsteils in Umfangsrichtung alternierend aufeinander folgen. Weiterhin weist jedes Ankerelement (1 bis 4) zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende, einander zugewandte und eine radiale Ausdehnung aufweisende Anlageflächen (6 und 7) für schlaufenförmige elastische Kopplungselemente auf, die jedes Ankerelement (1 bis 4) mit den ihm benachbarten Ankerelementen drehmomentübertragend verbinden. Dabei weisen die an zwei benachbarten Ankerelementen (1 bis 4) für ein Kopplungselement vorgesehenen Anlageflächen (6 und 7) einen in radialer Richtung anwachsenden Abstand voneinander auf.

Description

Elastische Wellenkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Wellenkupplung mit einem mindestens zwei Ankerelemente aufweisenden ersten Kupplungsteil und einem mindestens zwei Ankerelemente aufweisenden zweiten Kupplungsteil, wobei die Ankerelemente der beiden Kupplungsteile in einem gemeinsamen Radialraum der Wellenkupplung so angeordnet sind, daß die Ankerelemente des einen Kupplungsteils und die Ankerelemte des anderen Kupplungsteils in Umfangsrichtung alternierend aufeinander folgen, und wobei jedes Ankerelement zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende, einander zugewandte und eine radiale Ausdehnung aufweisende Anlageflächen für schlaufenförmige elastische Kopplungselemente aufweist, die jedes Ankerelement mit dem ihm benachbarten Ankerelementen drehmomentübertragend verbinden.
Eine solche elastische Wellenkupplung ist aus der EP 0 584 821 Bl bekannt. Die Kopplungselemente sind als Elastomerlaschen oder Elastomerringe ausgebildet, die eine in Elastomer einvulkanisierte schlingenförmige Verstärkungseinlage aus hochfestem Fasermaterial aufweisen. Die Schlingen verlaufen flach stadion- förmig nach Art eine 0, wobei die zwischen den Anlageflächen verlaufenden Schlingenschenkel parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Anlageflächen sind an nach auswärts weisenden Ankerzapfen der Ankerelemente vorgesehen, wobei die zwei für ein Kopplungselement an benachbarten Ankerelementen vorgesehenen zwei Anlageflächen parallel zueinander verlaufen. Die elastische Wellenkupplung gemäß der EP 0 584 821 Bl weist eine insbesondere in axialer Richtung sehr kompakte Bauweise auf. So ist es denkbar, eine solche elastische Wellenkupplung bei einem vorderradangetriebenen Fahrzeug zwischen dem Getriebe und den Vorderrädern vorzusehen, um hier eine Schwingungsentkopplung herbeizuführen, ohne daß Platzprobleme auftreten. Es stellt sich jedoch heraus, daß bei der bekannten Wellenkupplung die Übertragung größerer Drehmomente zwischen den beiden Kupplungsteilen nur dann möglich ist, wenn die Kopplungselemente die schlingen- förmigen Verstärkungseinlagen aus einem hochfesten Fasermaterial aufweist, das eine vergleichsweise niedrige elastische Streckgrenze besitzt. Bei diesem hochfesten Fasermaterial wird dann beobachtet, daß einzelne Schlingenschenkel der schlingenförmigen Verstärkungseinlage bereits bei relativ niedrigen Drehmomentbelastungen reißen, offensichtlich weil ihre elastische Streckgrenze überschritten wurde. Die Risse treten zuerst an den radial äußeren Schlingenschenkeln auf und setzen sich dann nach radial innen fort, bis die gesamte schlingenförmige Verstärkungseinlage zerstört ist. Hiermit ist eine Zerstörung der gesamten elastischen Wellenkupplung verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Wellenkupplung der eingangs beschriebenen Art so weiterzuent- wickeln, daß sie von ihrem grundsätzlichen Aufbau her für höhere Drehmomentbelastungen geeignet ist, ohne daß es auch nur zu einer partiellen Überbeanspruchung der elastischen Kopplungselemente kommt. 3
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer elastischen Wellenkupplung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die an zwei benachbarten Ankerelementen für ein Kopplungselement vorgesehenen Anlageflächen einen in radialer Richtung anwachsenden Abstand voneinander aufweisen. Der in radialer Richtung zunehmende Abstand trägt einem Verschwenken der beiden Kupplungsteile bei Belastung der elastischen Wellenkupplung durch große Drehmomente Rechnung. Bei diesem Verschwenken werden die Ankerelemente, zwischen denen eine Drehmomentübertragung erfolgt, um die Achse der Wellenkupplung auseinandergeschwenkt, bis die elastische Abstützung der beiden Ankerelemte aneinander das zu übertragende Drehmoment aufnimmt. Bei im unbelasteten Grundzustand der elastischen Wellenkupplung parallelen Anlageflächen für die Kopplungselemente ergibt sich durch die Schwenkbewegung keine gleichmäßige Vergrößerung des Abstands der Anlageflächen bei einer Drehmomentbelastung. Vielmehr vergrößert sich der Abstand der radial außen liegenden Bereiche der Anlageflächen stärker als der Abstand der radial innen liegenden Bereiche der Anlageflächen. Im Ergebnis muß das zu übertragende Drehmoment im wesentlichen von den radial außen liegenden Bereichen der Kopplungselemente aufgenommen werden, in denen es relativ rasch zu einer Überschreitung der Streckgrenzen und damit zu einer Zerstörung der Kopplungselemente kommt, die dann nach radial innen fortschreitet. Durch die erfindungsgemäßen Anlageflächen mit dem in radialer Richtung anwachsenden Abstand voneinander wird zwar nicht verhindert, daß der Abstand der radial außen liegenden Bereiche der Anlageflächen absolut stärker anwächst als derjenige der radial innen liegenden Bereiche der Anlageflächen. Es wird aber eine Vergleichmäßigung der relativen Vergrößerung des Abstands der Anlageflächen erreicht. Das heißt, der Abstand der Anlageflächen, der in radialer Richtung anwächst, nimmt durch die Schwenkbewegung benachbarter Ankerelemente in allen Bereichen um etwa denselben relativen Teil zu. Im Ergebnis wird jedes Kopplungselement über seine gesamte radiale Ausdehnung gleichmäßig belastet. Dies macht sich insbesondere bei geringen elastischen Streckgrenzen positiv bemerkbar, weil sich alle Bereiche jedes Kopplungs- elements gleichmäßig dieser Streckgrenze annähern. Damit werden alle Bereiche jedes Kopplungselements zur Aufnahme des zu übertragenden Drehmoments herangezogen und es kommt zu keiner frühzeitigen Überbelastung einzelner Bereiche des Kopplungselements, die seine Zerstörung einleiten. Bei der Erfindung ist es immer so, daß der in radialer Richtung anwachsende Abstand der Anlageflächen für ein Kopplungselement einer in radialer Richtung anwachsenden tangentialen Länge des jeweiligen Kopplungselements zwischen den Anlageflächen entspricht.
Wie bereits angedeutet, wächst der Abstand zwischen zwei für ein Kopplungselement vorgesehenen Anlageflächen bei der bevorzugten Ausführungsform der neuen elastischen Wellenkupplung so in radialer Richtung an, daß das Kopplungselement über seine radiale Ausdehnung eine gleichmäßige relative Dehnung bei der Drehmomentübertragung zwischen den benachbarten Ankerelementen erfährt. Dabei ist nicht nur der maximale Abstand zwischen den Anlageflächen in Umfangsrichtung zu berücksichtigen, sondern auch ihr weiterer Verlauf, der die wirksame Länge des Kopplungselements zwischen den Anlageflächen mitbestimmt.
Auch bei der neuen elastischen Wellenkupplung ist es zur Übertragung großer Drehmomente zwischen den beiden Kupplungsteilen erforderlich, daß jedes Kopplungselement ein Schiingenpaket aufweist. Ein solches Schiingenpaket wird vorzugsweise von einer quasi endlos umlaufenden Schlinge ausgebildet, die ihrerseits vorzugsweise aus einem hochfesten Fasermaterial besteht. Geeignet ist beispielsweise eine Schlinge aus Ara id Fasern, die eine elastische Streckgrenze von ca. 3 % aufweist.
Vorzugsweise wird die Schlinge direkt auf die jeweiligen Anlageflächen der Ankerelemente aufgewickelt. Eine separate Herstellung des Schiingenpakets ist nicht nur grundsätzlich aufwendiger, sondern auch durch den in radialer Richtung anwachsenden Abstand der Anlageflächen bei der neuen elastischen Wellenkupplung mit besonderen Schwierigkeiten verbunden, da ein fertiges Schiingenpaket nur mit großem Aufwand auf diese Anlageflächen aufgebracht 5 werden kann. Der grundsätzliche Vorteil der Direktwicklung der Schlinge auf die Anlageflächen liegt in günstigeren Produktionskosten für die elastische Wellenkupplung.
Wie aus dem Stand der Technik gemäß der EP 0 584 821 Bl bekannt ist, kann ein die Ankerelemente einbettender Grundkörper aus Elastomerwerkstoff vorgesehen sein. Dieser Grundkörper kann auch die Schiingenpakete der Kopplungselemente einbetten und damit zusätzliche Teile der Kopplungselemente ausbilden.
Wenn sich zwei benachbarte Ankerelemente unter Ausbildung eines Z-förmigen Zwischenraums in Umfangsrichtung teilweise überlappen, wie dies ebenfalls aus der EP 0 584 821 Bl bekannt ist, sollte der Elastomerwerkstoff den Zwischenraum zwischen den Ankerelementen nur teilweise, d. h. unter Belassung von Freiräumen überbrücken. Die Freiräume sind erforderlich, damit der volumenkonstante Elastomerwerkstoff unter tangentialer Belastung in diese Freiräume ausweichen kann und keine axialen Kräfte zwischen den Ankerelementen hervorruft.
Alternativ können sich zwei benachbarte Ankerelemente unter Ausbildung eines durch den Elastomerwerkstoff zumindest teilweise überbrückten Freiraums in Umfangsrichtung teilweise überlappen, wobei der Zwischenraum spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene der Wellenkupplung ausgebildet ist. In diesem Fall sind die Freiräume ohne Elastomerwerkstoff in dem Zwischenraum der benachbarten Ankerelemente nicht zwingend erforderlich, weil etwaige axiale Kräfte in beiden Richtungen auftreten und sich damit aufheben.
Die neue elastische Wellenkupplung kann in allen weiteren Details gemäß der EP 0 584 821 Bl ausgebildet sein. Über deren Lehre hinausgehend ist es aber auch möglich, eine ungerade Anzahl von Ankerelementen für beide Kupplungsteile vorzusehen, die sich dann bezüglich der Achse der Wellenkupplung nicht diametral gegenüberliegen, sondern in rotationssymmetrischen Stellungen um diese Achse angeordnet sind. 6
Die neue elastische Wellenkupplung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:
Figur 1 die Ankerelemente der elastischen Wellenkupplung in ihrer Grundstellung,
Figur 2 die Ankerelemente der elastischen Wellenkupplung in einer belasteten Stellung,
Figur 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der elastischen Wellenkupplung,
Figur 4 einen Querschnitt durch die elastische Wellenkupplung gemäß Figur 3 ,
Figur 5 ein Figur 4 entsprechender Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform der elastischen Wellenkupplung und
Figur 6 ein den Figuren 4 und 5 entsprechender Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der elastischen Wellenkupp1ung.
Figur 1 zeigt vier Ankerelemente 1 bis 4 einer elastischen Wellenkupplung ohne die weiteren Bauteile dieser elastischen Wellenkupplung. Die Ankerelemente 1 und 3 sind einem ersten Kupplungsteil und die Ankerelemente 2 und 4 einem zweiten Kupplungsteil zugeordnet. Das heißt, die Ankerelemente 1 und 3 sind bei der Verwendung der elastischen Wellenkupplung beispielsweise mit einer Eingangswelle starr zu verbinden, während die Ankerelemente 2 und 4 mit einer zugehörigen Ausgangswelle starr zu verbinden sind. Die Ankerelemente 1 bis 4 sind in einem parallel zu der Zeichenebene verlaufenden Radialraum der elastischen Wellenkupplung angeordnet. Dabei folgt alternierend ein Ankerelement 1 bzw. 3 des ersten Kupplungsteils in Umfangsrichtung um die Achse 5 auf ein Ankerelement 4 bzw. 2 des zweiten Kupplungsteils. Die Drehmomentübertragung zwischen den Ankerelementen 1 und 3 des ersten Kupplungsteils und den Ankerelementen 2 und 4 des zweiten Kupplungsteils erfolgt über in Figur 1 nicht dargestellte Kopplungselemente. Die Kopplungselemente verbinden jeweils zwei in Umfangsrichtung um die Achse 5 aufeinander folgende Ankerelemente elastisch miteinander. Für die Kopplungselemente sind an jedem Ankerelement 1 bis 4 jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende und einander zugewandte Anlageflächen 6 und 7 vorgesehen. Dabei dient die Anlagefläche 6 eines Ankerelements und die Anlagefläche 7 des benachbarten Ankerelements zur Abstützung desselben Kopplungselements. Der Abstand zwischen diesen Anlageflächen 6 und 7 für dasselbe Kopplungselement nimmt in radialer Richtung von der Achse 5 weg zu, bis die Anlageflächen 6 und 7 in einem Haltebund 8 für das jeweilige Kopplungselement enden.
Der in radialer Richtung zunehmende Abstand zwischen den Anlageflächen 6 und 7 für jeweils ein Kopplungselement ist für die Funktion der elastischen Wellenkupplung von besonderer Bedeutung. Dies wird näher anhand von Figur 2 erläutert. Während Figur 1 die Relativpositionen der Ankerelemente 1 bis 4 ohne Drehmomentbelastung zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil zeigt, gibt Figur 2 die Relativstellung der Ankerelemente 1 bis 4 bei einer hohen Drehmomentbelastung wieder. Dieses Drehmoment wird zwischen dem sich entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 5 drehenden ersten Kupplungsteil mit den Ankerelementen 1 und 3 und dem zweiten Kupplungsteil mit den Ankerelementen 2 und 4 übertragen. Das zwischen den beiden Kupplungsteilen wirkende Drehmoment muß dabei von den Kopplungselementen zwischen den Ankerelementen 1 und 2 und den Ankerelementen 3 und 4, die sich tendenziell auseinander bewegen, elastisch aufgenommen werden. Dabei vergrößert sich der Abstand der Anlageflächen 6 und 7 für diese Kopplungselemente. Die Zunahme des Abstands ist absolut gesehen in radialer Richtung von der Achse 5 nicht konstant, sondern er nimmt in dieser radialen Richtung zu. Dies ist darauf zurückzuführen, daß unter der Drehmomentbelastung das erste und das zweite Kupplungsteil um 8 die Achse 5 gegeneinander verschwenkt werden. Der Abstand der Anlageflächen 6 und 7 für jeweils ein Kopplungselement wächst jedoch in der Grundstellung der elastischen Wellenkupplung gemäß Figur 1 in radialer Richtung bereits so stark an, daß die Schwenkbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil zu einer gleichmäßigen relativen Dehnung des jeweiligen Kopplungselements über dessen gesamte radiale Ausdehnung führt. Dies bedeutet, daß das jeweilige Kopplungselement über seine gesamte radiale Ausdehnung gleichmäßig belastet wird und sich beispielsweise gleichmäßig einer elastischen Streckgrenze des zugrundeliegenden Materials annähert. Damit werden vorzeitige Überbelastungen einzelner Bereiche der Kopplungselemente zuverlässig vermieden.
Figur 3 zeigt die gesamte elastische Wellenkupplung 10 in einer den Figuren 1 und 2 entsprechenden Blickrichtung. Dargestellt ist die elastische Wellenkupplung 10 im unbelasteten Grundzustand. In der oberen Hälfte von Figur 3 ist die elastische Wellenkupplung 10 senkrecht zu der Achse 5 geschnitten, darunter ungeschnitten wiedergegeben. Als Kopplungselemente zwischen den Ankerelementen 1 bis 4 sind Schiingenpakete 11 vorgesehen. Die Schiingenpakete 11 sind aus direkt auf die jeweiligen Anlageflächen 6 und 7 benachbarter Ankerelemente aufgewickelten Schlingen aus einem hochfesten Fasermaterial gewickelt. Bei dem hochfesten Fasermaterial handelt es sich um Aramide. Einvulkanisiert sind die Ankerelemente 1 bis 4 und die Schiingenpakete 11 in einen Grundkörper 12 aus Elastomerwerkstoff 13. Der Grundkörper 12 definiert die Relativlage der Ankerelemente 1 bis 4 und der Schiingenpakete 11 in dem Radialraum der elastischen Wellenkupplung 10. Er führt zudem zu einer weitergehenden elastischen Abstützung der Ankerelemente 1 bis 4 aneinander und zu einer Dämpfung von zwischem dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil auftretenden Schwingungen. Zur Befestigung der Eingangswelle an dem ersten Kupplungsteil und der Ausgangswelle an dem zweiten Kupplungsteil sind in den Ankerelemeten 1 bis 4 durchgehende Befestigungsbohrungen 9 vorgesehen. Um die Befestigungsbohrungen 9 herum weisen die Lagerelemente 1 bis 4 auf der jeweiligen 9
Welle abgekehrten Seite der elastischen Wellenkupplung Aufrauhungen 14 auf, um einer Befestigungsschraube zur drehfesten Verbindung des jeweiligen Lagerelements mit der jeweiligen Welle einen im Betrieb der elastischen Wellenkupplung 10 unverrückbaren Sitz zu geben. Radial nach innen stützen sich die Ankerelemente 1 bis 4 an einem Zentrierring 15 ab. Der Zentrierring 15 kann wie die Ankerelemente 1 bis 4 aus Metall ausgebildet sein. Ebenso ist eine Ausbildung aus hochfestem Kunststoff denkbar. Die Materialauswahl hängt von der Belastung der jeweiligen elastischen Wellenkupplung 10 im Betrieb ab.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die elastische Wellenkupplung 10 gemäß der Schnittlinie IV - IV gemäß Figur 3. Aus diesem Querschnitt ist zu erkennen, daß sich zwei benachbarte Ankerelemente, hier die Ankerelemente 1 und 4 unter Bildung eines Z- förmigen Zwischenraums 16 in Umfangsrichtung um die Achse 5 teilweise überlappen. Zur Abstützung der Lagerelemente aneinander ist der Zwischenraum 16 in Umfangsrichtung um die Achse 5 teilweise mit dem Elastomerwerkstoff 13 des Grundkörpers 12 überbrückt. Es ist jedoch ein Freiraum 17 ohne Elastomerwerkstoff belassen, um dem den Zwischenraum 16 überbrückenden Elastomerwerkstoff 13 eine Ausweichmöglichkeit unter tangentia- ler Belastung zu geben. Damit werden axiale Kräfte zwischen den benachbarten Ankerelementen 1 und 4 vermieden, die bei vollständiger Ausfüllung des Zwischenraums 16 mit Elastomerwerkstoff 13 aufgrund dessen Volumenkonstanz auftreten würden. In Figur 4 ist der Freiraum 17 im Bereich des mittleren Abschnitts des Z- för igen Zwischenraums 16 vorgesehen.
Gemäß Figur 5, die einen Figur 4 entsprechenden Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform der elastischen Wellenkupplung 10 zeigt, ist der Z-förmige Zwischenraum 16 zwischen den benachbarten Ankerelementen 1 und 4 genau dort durch den Elastomerwerkstoff 13 überbrückt, wo gemäß Figur 4 der Freiraum 17 vorgesehen ist. Gemäß Figur 5 sind zwei Freiräume 17 in den axial äußeren Bereichen des Z-förmigen Zwischenraums 16 vorhanden, um dem Elastomerwerkstoff 13 in dem Z-förmigen 10
Zwischenraum 16 ein axiales Ausweichen bei tangentialer Belastung zu ermöglichen.
Figur 6 skizziert eine weitere Möglichkeit, axiale Kräfte zwischen benachbarten Ankerelementen 1 und 4 zu vermeiden, die aufgrund einer tangentialen Belastung von Elastomerwerkstoff 13 in einem Zwischenraum 18 zwischen den benachbarten und sich teilweise überlappenden Ankerlementen 1 und 4 potentiell auftreten können. Gemäß Figur 6 sind die benachbarten Ankerelemente 1 und 4 in ihrem Überlappungsbereich so ausgebildet, daß der Zwischenraum 18 einen spiegelsymmetrischen Aufbau zu einer Radialebene 19 aufweist, die senkrecht zu der Achse 5 verläuft. Hierdurch treten auch dann keine axialen Kräfte zwischen den benachbarten Ankerelementen 1 und 4 auf, wenn dieser Zwischenraum 18 vollständig mit dem Elastomerwerkstoff 13 ausgefüllt ist. Auch bei der Ausführungsform der elastischen Wellenkupplung 10 gemäß Figur 6 ist es problemlos möglich, alle Ankerelemente 1 bis 4 identisch auszubilden, um bei der Verwendung nur einer Form für die Ankerelemente 1 bis 4 mit besonders geringen Herstellungskosten auszukommen. Die geringen Herstellungskosten werden auch durch das direkte Wickeln der Schiingenpakete 11 auf die Anlageflächen 6 und 7 gefördert. Letztlich spielt auch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Anlageflächen 6 und 7 für die Herstellungskosten eine Rolle, da sie zu einer besonders geringen Belastung der Schlingen der Schiingenpakete 11 führt, so daß die gesamte Wellenkupplung 10 für eine bestimmte Belastung schwächer dimensioniert werden kann, ohne daß Beeinträchtigungen der Lebensdauer zu befürchten sind.
11
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1 Ankerelernent
2 Ankerelement
3 Ankerele ent
4 Ankerelement
5 Achse
6 Anlagefläche
7 Anlagefläche
8 Haltebund
9 Befestigungsbohrung
10 elastische Wellenkupplung
11 Schiingenpaket
12 Grundkörper
13 Elastomerwerkstoff
14 Aufrauhung
15 Zentrierring
16 Zwischenraum
17 Freiraum
18 Zwischenraum
Figure imgf000013_0001
19 Radialebene

Claims

12P A T E N TAN S P RÜ C H E
1. Elastische Wellenkupplung mit einem mindestens zwei Ankerelemente aufweisenden ersten Kupplungsteil und einem mindestens zwei Ankerelemente aufweisenden zweiten Kupplungsteil, wobei die Ankerelemente der beiden Kupplungsteile in einem gemeinsamen Radialraum der Wellenkupplung so angeordnet sind, daß die Ankerelemente des einen Kupplungsteils und die Ankerelemente des anderen Kupplungsteils in Umfangsrichtung alternierend aufeinander folgen, und wobei jedes Ankerelement zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende, einander zugewandte und eine radiale Ausdehnung aufweisende Anlageflächen für schlaufenförmige elastische Kopplungselemente aufweist, die jedes Ankerelement mit den ihm benachbarten Ankerelementen drehmomentübertragend verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die an zwei benachbarten Ankerelementen (1 bis 4) für ein Kopplungselement vorgesehenen Anlageflächen (6 und 7) einen in radialer Richtung anwachsenden Abstand voneinander aufweisen.
2. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei für ein Kopplungselement vorgesehenen Anlageflächen (6 und 7) so in radialer Richtung anwächst, daß das Kopplungselement über seine radiale Ausdehnung eine gleichmäßige relative Dehnung bei der Drehmomentübertragung zwischen den benachbarten Ankerelementen (1 bis 4) erfährt.
3. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopplungselement ein Schiingenpaket (11) aufweist.
4. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine endlos umlaufende Schlinge das Schiingenpaket (11) ausbildet. 13
5. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Schlinge aus einem hochfesten Fasermaterial besteht.
6. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlinge direkt auf die jeweiligen Anlageflächen ( 6 und 7) gewickelt ist.
7. Elastische Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ankerelemente (1 bis 4) einbettender Grundkörper (12) aus Elastomerwerkstoff (13) vorgesehen ist.
8. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 7, dieser rückbezogen auf einen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12) die Schiingenpakete (11) der Kopplungselemente einbettet.
9. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei benachbarte Ankerelemente (1 bis 4) unter Ausbildung eines Z-förmigen Zwischenraums (16) in Umfangsrichtung teilweise überlappen, wobei der Elastomerwerkstoff (13) den Zwischenraum (17) zwischen den Ankerelementen (1 bis 4) unter Belassung von Freiräumen (17) teilweise überbrückt.
10. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei benachbarte Ankerelemente (1 bis 4) unter Ausbildung eines durch den Elastomerwerkstoff (13) zumindest teilweise überbrückten Zwischenraums (18) in Umfangsrichtung teilweise überlappen, wobei der Zwischenraum (18) spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene (19) der Wellenkupplung (10) ausgebildet ist.
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