WO2003054403A1 - Elastische wellenkupplung mit axial verlaufenden befestigungselementen - Google Patents

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WO2003054403A1
WO2003054403A1 PCT/EP2001/015213 EP0115213W WO03054403A1 WO 2003054403 A1 WO2003054403 A1 WO 2003054403A1 EP 0115213 W EP0115213 W EP 0115213W WO 03054403 A1 WO03054403 A1 WO 03054403A1
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shaft
elastic
fastening
shaft coupling
coupling according
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Application number
PCT/EP2001/015213
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English (en)
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Inventor
Kurt Fiedler
Manfred Wöhrer
Original Assignee
Kurt Fiedler
Woehrer Manfred
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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

  • Known elastic shaft couplings are used for the torsionally elastic connection of mutually facing ends of two shafts. Such an elastic shaft coupling corrects any shaft misalignment between the shafts, compensates for speed and torque fluctuations between the shafts and prevents the transmission of vibrations between the shafts, which can adversely affect the smooth running of the shafts.
  • the elastic shaft coupling is located between the drive shaft of the differential gear and the drive shaft of the constant velocity joint of the drive axle or between the output shaft of the constant velocity joint and the stub shaft of the drive wheel.
  • the elastic shaft coupling according to the preamble of claim 1 is known from DE 19945 181 A1 by the same applicant.
  • Opposing fasteners of each shaft are designed as separate components and individually connected to the respective shaft end.
  • a total of four such fastening elements are provided, for example, which are each separately connected to the shafts in the circumferential direction of the shaft coupling.
  • the fastening elements have fastening pins which extend in the radial direction to the shaft axis.
  • the various fasteners are designed so that they partially interlock to achieve the required stability.
  • a radially extending gap and a Z-shaped gap, which is filled with elastomer, are formed between the various plate-shaped fastening elements.
  • the design of such a shaft coupling is very complex. In particular, the assembly of such a shaft coupling is complex due to the large number of components and the separate arrangement of the plate-shaped fastening elements.
  • An elastic shaft coupling is also known from EP-A-0 584 821 by the same applicant, in which the torsional vibrations are compensated for with the aid of tensioning elements which connect the shafts elastically to one another for transmitting the torque.
  • anchor plates are arranged separately so that an anchor plate that can be attached to one shaft end is adjacent to an anchor plate that can be attached to the other shaft end.
  • Elastic tensioning elements for example in the form of elastic threads, connect adjacent anchor plates.
  • the shaft end of the one shaft is designed as a joint, for example as a constant velocity ball joint.
  • the fastening elements At the front of the joint e.g. on the end face of the associated housing pot, there are the fastening elements, which are connected to opposite fastening elements of the other shaft via clamping elements.
  • Figure 1 shows a shaft end of a gear
  • FIG. 4 shows an overall view of the shaft coupling from the front with coaxial first and second fastening pins
  • FIG. 5 shows an example of a gear shaft or differential output shaft with a coupling part for connecting a joint
  • Figure 6 shows an example in which a shaft end is designed as a ball constant velocity joint
  • Figure 7 is a partial view of the front of the housing pot of the
  • FIG. 1 shows a partially sectioned illustration of an end section of a shaft 10, which is designed as a gear output shaft or differential output shaft.
  • two fastening elements generally designated 12, 14, which are integrally and integrally formed with the shaft end of this shaft 10, are in the manner of projecting arms.
  • the shaft 10 with the fasteners 12, 14 is forged or made of cast iron or cast steel in a single casting process.
  • a centering element 18 is provided concentrically to the central axis 16, which causes centering of the flange bridge 20 to be described, which forms a coupling part.
  • the fastening elements 12, 14 comprise first fastening pins 22 and 24 and second fastening pins 26 and 28.
  • the fastening pins 22 to 28 are cylindrical in the present example. However, the shape can also differ from the cylindrical shape, the longitudinal axis still running essentially coaxially.
  • the fastening pins 22 to 28 can be formed in one piece with the fastening elements, or can be separate components that are screwed on.
  • the fastening pins 22 to 28 carry first and second elastic tensioning elements, which are not shown in FIG. 1. These first and second tensioning elements and the fastening pins 22 to 28 are encased in an annular protective jacket 32, 34 made of elastomer. This protective jacket 32, 34 serves to dampen the torsional vibrations.
  • FIG. 2 shows a plan view from the front in the direction of the shaft 10.
  • Each fastening element 12, 14 has two first fastening pins 22a, 22b and 24a, 24b.
  • each fastening element 12 or 14 has two second fastening pins 26a, 26b or 28a, 28b.
  • the longitudinal axes of the first and second fastening pins 22a to 28b are coaxial with the shaft axis 16.
  • the flange bridge 20 has two fastening holes 50, 52, around which knurling is made on the side facing away from the shaft 10. With the aid of these fastening holes 50, 52 and the knurling, the flange bridge 20 can be firmly connected to the other shaft, for example with the aid of a releasable fastening device, such as e.g. a screw connection.
  • the knurling serves as a non-rotating contact surface.
  • FIG. 4 shows that the fastening elements 12, 14 are connected to the fastening elements 38, 40 by first clamping elements 60 and by second clamping elements 62.
  • the first clamping elements 60 connect the first fastening pins 22b, 44a; 44b, 24a; 24b, 42a; 46b, 22a in pairs.
  • the free ends of the fastening pins 22b, 44a; 44b, 24a; 24b, 42a; 46b, 22a point in the same direction, ie towards the viewer of FIG. 4. In this way, the tensioning elements 60, 62 can be easily mounted on the end.
  • the second clamping elements 62 connect the second fastening pins 26b, 48a; 48b; 28a; 28b, 46a; 42b, 26a of the fastening elements in pairs with one another.
  • the first clamping element 60 and also the second clamping element 62 are each designed as an elastic oval ring.
  • Each tensioning element 60, 62 contains a thread package.
  • the first elastic tensioning element 60 contains a thread which consists at least partially of aramid. Every second tensioning element 62 contains a thread which is at least partially formed from rayon or nylon.
  • the second tensioning element 62 has a smaller spring constant than the first tensioning element 60.
  • the first tensioning element 60 is preferably only effective from a predetermined angle of rotation between the shaft ends.
  • the spring constant of the first tensioning element 60 is typically greater by a factor of 2 to 6 than that of the second tensioning element 62.
  • the second tensioning element 62 can be prestressed in the rest position of the shaft coupling. These measures ensure that the torque acting on one of the shafts is only transmitted by the second tensioning elements 62 until the expansion of the second tensioning element caused by the torque is so great that the actual angle of rotation between the two coupling ends of the shaft coupling corresponds to the predetermined one Angle of rotation exceeds. Only when the condition is met is the torque transmitted from both the second tensioning element 62 and the first tensioning element 60.
  • the elastic clamping elements 60, 62 run essentially in a plane perpendicular to the shaft axis 16.
  • the various fastening pins are also arranged in this plane.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the flange bridge 20 is integrally formed integrally with a connecting flange 70.
  • both shaft ends can be provided with flange bridges in the manner of flange bridge 20.
  • the longitudinal axes of the fastening pins of the fastening elements then lie on a conical surface, the central axis of which coincides with the longitudinal axis of the shafts aligned with one another.
  • This conical surface then has an inclination at an angle ⁇ to this central axis.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention, in which a drive-side shaft 72 carries a rubber-elastic ball constant velocity joint, which is generally designated 74.
  • FIG. 6 shows a partially sectioned illustration.
  • the ball constant-velocity joint 74 has a structure known per se and contains balls 76 which rest on the one hand on an inner bearing 78, which is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 72, and on the other hand on the inner surface of a housing pot 80. Compensating movements can thus take place between the inner bearing 78 and the housing pot 80 during the torque transmission.
  • the balls 76 are held by a ball ring 82.
  • the constant-velocity ball joint 74 is surrounded by a rubber sleeve 84, which is partially shown in section.
  • the rubber sleeve 84 is held by a circumferential holding sleeve 86, which is seated on the outer surface of the housing pot 80.
  • the housing pot 80 contains fastening elements, generally designated 88, 90, which comprise pairs of fastening pins 92 and 94, which, as can be seen more precisely in FIG. 7, are referred to as fastening pins 92a, 92b and 94a, 94b.
  • the fastening elements 88, 90 with the pairs of fastening pins 92, 94 are formed in one piece with the end face of the housing pot 80.
  • the fastening pins 92, 94 and 92a, 92b and 94a, 94b can also be used as separate components and be screwed to the end face of the housing pot 80 or with bases on this end face.
  • the flange shaft 98 with the separate or integrally formed fastening pins 104a, 104b, 106a, 106b is again formed in one piece with the shaft 96, preferably by a casting process or forging process.
  • the flange shaft 98 or its end element can also be designed in the manner of the flange bridge 20 as a part to be fastened separately.
  • the fastening pins 92a, 92b, 94a, 94b, 104a, 104b, 106a, 106b are elongated in the present example and carry the first clamping element 108 and the second clamping element 110 on the same diameter.

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Abstract

Beschrieben wird eine elastische Wellenkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum drehmomentübertragenden Verbinden der einander zugewandten Endabschnitte zweier im wesentlichen miteinander fluchtender Wellen. In Umfangsrichtung der Wellenkupplung gesehen sind jeweils ein der einen Welle zugeordnetes Befestigungselement (12, 14) und ein der anderen Welle zugeordnetes Befestigungselement (38, 40) abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind Befestigungszapfen unterschiedlicher Befestigungselemente sind durch jeweils mindestens ein erstes elastisches Spannelement (60) elastisch miteinander verbunden, wobei diese Befestigungszapfen der Befestigungselemente (12, 14) im wesentlichen koaxial zur jeweiligen Welle (10) verlaufen.

Description

Elastische Wellenkupplung mit axial verlaufenden Befestigungselementen
Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum drehmomentübertragenden Verbinden der einander zugewandten Endabschnitte zweier im wesentlichen miteinander fluchtenden Wellen mit mindestens jeweils zwei jeder Welle zugeordneten Befestigungselementen, wobei in Umfangsrichtung der Wellenkupplung gesehen jeweils ein der einen Welle zugeordnetes Befestigungselement und ein der anderen Welle zugeordnetes Befestigungselement abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind, und wobei einander benachbarte Befestigungselemente durch jeweils mindestens ein elastisches Spannelement elastisch miteinander verbunden sind.
Bekannte elastische Wellenkupplungen dienen zum torsionselastischen Verbinden einander zugewandter Enden zweier Wellen. Eine derartige elastische Wellenkupplung korrigiert einen eventuell bestehenden Wellenversatz zwischen den Wellen, gleicht Drehzahl- und Drehmomentschwankungen zwischen den Wellen aus und verhindert die Übertragung von Schwingungen zwischen den Wellen, die die Laufruhe der Wellen nachteilig beeinflussen können.
Beispielsweise werden elastische Wellenkupplungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, um insbesondere die Übertragung von zwischen den Wellen auftretenden Torsionsschwingungen zu vermeiden. Solche Torsionsschwingungen werden einerseits durch Drehmomentschwankungen verursacht, die durch die Gas- und Massenkräfte im Verbrennungsmotor während des Motorbetriebs entstehen; andererseits werden Torsionsschwingungen im Antriebsstrang durch die währönd des Fahrbetriebs durch Bodenunebenheiten und durch unterschiedliche Farbahnoberflächen an den Antriebsrädern wirkenden Drehmomentschwankungen erzeugt. Diese Torsionsschwingungen führen zu störenden Geräuschen während der Fahrt und verursachen stoßartige Belastungen, die gegebenenfalls zu einer Beschädigung des Getriebes, der Kurbelwelle des Motors oder auch der Antriebswelle des Kraftfahrzeuges führen können. Um die Antriebsräder und den Verbrennungsmotor bzw. das Getriebe schwingungstechnisch voneinander zu entkoppeln sowie die während der Fahrt auftretenden Schwingungen im Antriebsstrang auszugleichen, wird die elastische Wellenkupplung zwischen der Antriebswelle des Ausgleichsgetriebes und der Antriebswelle des Gleichlaufgelenkes der Antriebsachse oder zwischen der Abtriebswelle des Gleichlaufgelenkes und dem Wellenstummel des Antriebsrades angeordnet.
Die elastische Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 19945 181 A1 desselben Anmelders bekannt. Einander gegenüberstehende Befestigungselemente einer jeden Welle sind als separate Bauteile ausgeführt und einzeln mit dem jeweiligen Wellenende verbunden. Insgesamt sind beispielsweise vier derartige Befestigungselemente vorgesehen, die in Umfangsrichtuπg der Wellenkupplung gesehen jeweils separat abwechselnd mit den Wellen verbunden sind. Die Befestigungselemente haben Befestigungszapfen, die sich in radialer Richtung zur Wellenachse erstrecken. Die verschiedenen Befestigungselemente sind konstruktiv so ausgebildet, daß sie teilweise ineinander greifen, um so die erforderliche Stabilität zu erzielen. Zwischen den verschiedenen plattenförmigen Befestigungselementen ist ein radial verlaufender Spalt sowie ein Z-förmiger Spalt ausgebildet, der mit Elastomer ausgefüllt ist. Der konstruktive Aufbau einer derartigen Wellenkupplung ist sehr komplex. Insbesondere die Montage einer solchen Wellenkupplung ist aufgrund der Vielzahl der Bauteile und der separaten Anordnung der plattenförmigen Befestigungselemente aufwendig.
Aus der EP-A-0 584 821 desselben Anmelders ist ferner eine elastische Wellenkupplung bekannt, bei der die Torsionsschwingungen mit Hilfe von Spannelementen ausgeglichen werden, die die Wellen zum Übertragen des Drehmomentes elastisch miteinander verbinden. In Umfangsrichtung der Wellenkupplung sind Ankerplatten separat so angeordnet, daß jeweils eine an einem Wellenende befestigbare Ankerplatte zu einer am anderen Wellenende befestigbaren Ankerplatte benachbart ist. Elastische Spannelemente, beispielsweise in Form von elastischen Fäden, verbinden einander benachbarte Ankerplatten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elastische Wellenkupplung so weiterzubilden, daß sie konstruktiv einfach aufgebaut ist und leicht montiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 sind die Befestigungselemente mindestens einer Welle einstückig mit dem Wellenende dieser Welle ausgebildet. Auf diese Weise bilden zum Beispiel Antriebswellenenden oder Abtriebswellenenden von Getrieben, Differentialen oder Achsantrieben selbst einen integralen Bestandteil der elastischen Wellenkupplung. Die Befestigungselemente sind vorzugsweise klauenförmig an Armen ausgebildet, die integral mit dem Wellenende verbunden sind und von diesem abstehen. Vorzugsweise sind die Befestigungselemente und zumindest das Wellenende in einem Gießverfahren aus Gußeisen oder Stahl gefertigt. Die derartig aufgebaute Wellenkupplung hat eine geringe Anzahl von Einzelteilen, wodurch der Montageaufwand erheblich reduziert ist. Weiterhin ist ein derartiger Aufbau wirtschaftlich in der Fertigung und es läßt sich eine hohe Fertigungsqualität erzielen. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Wellen so zu gestalten, daß die Befestigungselemente an den Wellenenden der jeweiligen Welle einstückig ausgebildet sind.
Gemäß einer alternativen Lösung nach Anspruch 3 sind diametral einander gegenüberliegende Befestigungselemente mindestens einer Welle unmittelbar starr miteinander verbunden und bilden ein einstückig ausgebildetes Kupplungsteil oder Gehäuseteil, das mit dieser Welle vorzugsweise fest verbunden ist. Dieses Kupplungsteil ist vorzugsweise eine Platte, an deren Enden vorzugsweise nach Art von Klauen jeweils ein Befestigungselement ausgebildet ist. Die Befestigungszapfen verlaufen im wesentlichen in axialer Richtung, d.h. koaxial zur Drehachse der Welle. Demgemäß lassen sich Spannelemente leicht stirnseitig zur Welle montieren. Außerdem bleibt der Aufbau hierdurch kompakt. Eine derartige Baueinheit ist also einfach aufgebaut und läßt sich leicht montieren. Auch im Zusammenhang mit den weiteren Elementen der Wellenkupplung, wie dem elastischen Spannelement und mit den weiteren Befestigungselementen der anderen Welle ist ein integrierter Aufbau leicht realisierbar, wobei die Montageschritte übersichtlich und einfach bleiben. Es ist möglich, an beiden Wellen jeweils eine derartige Baueinheit zu montieren. Die Handhabung mit separaten einzelnen Befestigungselementen, die zueinander gezielt ausgerichtet werden müssen und komplexe Montageschritte erfordern, entfällt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Wellenende der einen Welle als Gelenk, beispielsweise als Kugelgleichlaufgelenk ausgebildet. An der Stirnseite des Gelenks z.B. an der Stirnseite des zugehörigen Gehäusetopfes, befinden sich die Befestigungselemente, die über Spannelemente mit gegenüberliegenden Befestigungselementen der anderen Welle verbunden sind.
Ausführungsbeispiele und gegebenenfalls weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 ein Wellenende eines Getriebe- oder
Differentialabtriebteils, an dem Befestigungselemente einstückig ausgebildet sind, wobei die Befestigungszapfen sich in koaxialer Richtung zur Drehachse erstrecken,
Figur 2 eine Draufsicht auf das Wellenende nach Figur 1 ,
Figur 3 eine Draufsicht auf eine Flanschbrücke, die als einstückig ausgebildetes Kupplungsteil diametral einander gegenüberliegende Befestigungselemente trägt,
Figur 4 eine Gesamtansicht der Wellenkupplung von vorne mit koaxial verlaufenden ersten und zweiten Befestigungszapfen,
Figur 5 ein BeispFel einer Getriebewelle oder Differentialabtriebswelle mit Kupplungsteil zum Anschluß eines Gelenkes,
Figur 6 ein Beispiel, bei dem ein Wellenende als Kugelgleichlaufgelenk ausgebildet ist, und
Figur 7 eine Teilansicht auf die Stirnseite des Gehäusetopfes des
Gelenks nach Figur 6. Figur 1 zeigt in einer teilweise geschnittenen Darstellung einen Endabschnitt einer Welle 10, die als Getriebeabtriebwelle oder Differentialabtriebwelle ausgebildet ist. Im Bereich des Wellenendes sind nach Art abstehender Arme zwei Befestigungselemente, allgemein mit 12, 14 bezeichnet, welche integral und einstückig mit dem Wellenende dieser Welle 10 ausgebildet sind. Die Welle 10 mit den Befestigungselementen 12, 14 ist geschmiedet oder aus Gußeisen oder Gußstahl in einem einzigen Gießverfahren gefertigt. Konzentrisch zur Mittelachse 16 ist ein Zentrierelement 18 vorgesehen, welches eine Mittenzentrierung der noch zu beschreibenden Flanschbrücke 20 bewirkt, die ein Kupplungsteil bildet. Die Befestigungselemente 12, 14 umfassen erste Befestigungszapfen 22 bzw. 24 und zweite Befestigungszapfen 26 bzw. 28. Diese Befestigungszapfen 22 bis 28 sind im wesentlichen koaxial zur Wellenachse 16 angeordnet; sie haben also einen Winkel α = 0° zur Wellenachse 16. Die Befestigungszapfen 22 bis 28 sind im vorliegenden Beispiel zylindrisch. Die Form kann jedoch auch von der Zylinderform abweichen, wobei die Längsachse weiterhin im wesentlichen koaxial verläuft. Die Befestigungszapfen 22 bis 28 können einstückig mit den Befestigungselementen ausgebildet sein, oder separate Bauteile sein, die verschraubt werden.
Die Befestigungszapfen 22 bis 28 tragen erste und zweite elastische Spannelemente, die in der Figur 1 nicht dargestellt sind. Diese ersten und zweiten Spannelemente sowie die Befestigungszapfen 22 bis 28 sind in einem ringförmig ausgebildeten Schutzmantel 32, 34 aus Elastomer eingehüllt. Dieser Schutzmantel 32, 34 dient zur Dämpfung der Torsionsschwingungen.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht von vorn in Richtung der Welle 10. Jedes Befestigungselement 12, 14 hat zwei erste Befestigungszapfen 22a, 22b und 24a, 24b. Ebenso hat jedes Befestigungselement 12 bzw. 14 zwei zweite Befestigungszapfen 26a, 26b bzw. 28a, 28b. Die Längsachsen der ersten und zweiten Befestigungszapfen 22a bis 28b sind koaxial zur Wellenachse 16.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Flanschbrücke 20. Die Flanschbrücke 20 hat zwei diametral entgegengesetzte Befestigungselemente 38, 40. Diese Befestigungselemente 38, 40 sind unmittelbar starr miteinander verbunden und bilden mit der Flanschbrücke 20 eine einstückig ausgebildete Baueinheit. Die Befestigungselemente 38 bzw. 40 haben erste Befestigungszapfen 42a, 42b bzw. 44a, 44b und zweite Befestigungszapfen 46a, 46b bzw. 48a, 48b. In Um- fangsrichtung gesehen sind die Befestigungselemente 12, 14 der Welle 10 gegenüber den Befestigungselementen 38, 40 der Flanschbrücke 20 um 90° versetzt. Es stehen sich jeweils erste Befestigungszapfen und zweite Befestigungszapfen der Paare von Befestigungselementen 38, 40 und 12, 14 einander gegenüber, wie dies anhand Figur 4 zu sehen ist. Die Befestigungszapfen 42a bis 48b können integrale oder separate Bauteile sein.
Die Flanschbrücke 20 nach Figur 3 hat zwei Befestigungslöcher 50, 52, um die auf der von der Welle 10 abgewandten Seite eine Rändelung angebracht ist. Mit Hilfe dieser Befestigungslöcher 50, 52 und der Rändelung kann die Flanschbrücke 20 mit der anderen Welle fest verbunden werden, beispielsweise mit Hilfe einer lösbaren Befestigungsvorrichtung, wie z.B. eine Schraubverbindung. Die Rändelung dient als verdrehsichere Anlagefläche.
Figur 4 zeigt, daß die Befestigungselemente 12, 14 mit den Befestigungselementen 38, 40 durch erste Spannelemente 60 und durch zweite Spannelemente 62 verbunden sind. Die ersten Spannelemente 60 verbinden die ersten Befestigungszapfen 22b, 44a; 44b, 24a; 24b, 42a; 46b, 22a paarweise miteinander. Die freien Enden der Befestiungszapfen 22b, 44a; 44b, 24a; 24b, 42a; 46b, 22a zeigen in dieselbe Richtung, d.h. zum Betrachter der Figur 4. Auf diese Weise lassen sich die Spannelemente 60, 62 leicht stirnseitig montieren. Die zweiten Spannelemente 62 verbinden die zweiten Befestigungszapfen 26b, 48a; 48b; 28a; 28b, 46a; 42b, 26a der Befestigungselemente paarweise miteinander. Das erste Spannelement 60 als auch das zweite Spannelement 62 ist jeweils als elastischer ovaler Ring ausgebildet. Jedes Spannelement 60, 62 enthält ein Fadenpaket. Das erste elastische Spannelement 60 enthält einen Faden der zumindest teilweise aus Aramid besteht. Jedes zweite Spannelement 62 enthält einen Faden, der zumindest teilweise aus Rayon oder Nylon gebildet ist. Das zweite Spannelement 62 hat eine kleiner Federkonstante als das erste Spannelement 60. Das erste Spannelement 60 ist vorzugsweise erst ab einem vorgegebenen Verdrehwinkel zwischen den Wellenenden wirksam. Die Federkonstante des esten Spannelements 60 ist typischerweise um den Faktor 2 bis 6 größer als die des zweiten Spannelements 62. Das zweite Spannelement 62 kann in der Ruhestellung der Wellenkupplung vorgespannt sein. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß das an einer der Wellen angreifende Drehmoment solange nur von den zweiten Spannelementen 62 übertragen wird, bis die durch das Drehmoment verursachte Dehnung des zweiten Spannelementes so groß ist, daß der tatsächliche Verdrehwinkel zwischen den beiden Kupplungsenden der Wellenkupplung den vorgegebenen Verdrehwinkel überschreitet. Erst wenn die Bedingung erfüllt ist, wird das Drehmoment sowohl von dem zweiten Spannelement 62 als auch von dem ersten Spannelement 60 übertragen. Da die Federkonstante und damit die Federsteifigkeit des zweiten Spannelements 62 verglichen mit der Federkonstante des ersten Spannelements 60 geringer ist, dehnt sich das zweite Spannelement 62 bereits bei einer verglichen mit dem ersten Spannelement 60 geringeren durch das Drehmoment in den Spannelementen 60, 62 verursachten Zugkraft. Folglich kann das zweite Spannelement 62 auch Schwingungen absorbieren, die bei vergleichsweise geringen, von der Wellenkupplung zu übertragenden Drehmomenten auftreten. Durch die geschickte Abstimmung der Federkonstanten der beiden Spannelemente 60, 62 kann ein progressiver Verlauf der Rückstellkraft der zusammenwirkenden Spannelemente 60, 62 über den Verdrehwinkel erreicht werden.
Die elastischen Spannelemente 60, 62 verlaufen im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse 16. In dieser Ebene sind auch die verschiedenen Befestigungszapfen angeordnet.
Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit der Verwendung eines ersten Spannelements 60 und eines zweiten Spannelements 62 sind in der DE-A-199 45 181 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung einbezogen wird.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Flanschbrücke 20 einstückig integral mit einem Anschlußflansch 70 ausgebildet ist. Auf diese Weise werden weitere Bauteile eingespart und die Montage weiter erleichtert. Es sind zahlreiche Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise können beide Wellenenden mit Flanschbrücken nach Art der Flanschbrücke 20 versehen sein. Umgekehrt ist es möglich, auch beide Wellenenden einstückig mit den erforderlichen Befestigungselementen für die Spannelemente auszubilden. Selbstverständlich ist es ferner möglich, die ersten oder zweiten Befestigungszapfen wegzulassen und lediglich ein Spannelement in Verbindung mit den verbleibenden Befestigungszapfen zu verwenden.
Die Flanschbrücke 20 kann allgemein als Kupplungsteil mehr als zwei Befestigungselemente umfassen. Beispielsweise kann die Flanschbrücke 20 eine Y- Form haben, wobei jeder Arm an seinem Ende ein Befestigungselement trägt. Ebenso können auch an einem Wellenende mehr als zwei Befestigungselemente einstückig und armförmig ausgebildet sein.
Auch ist es möglich, den Winkel α abweichend von 0°, der bei den Ausführungsbeispielen verwendet wird, auszugestalten. Die Längsachsen der Befestigungszapfen der Befestigungselemente liegen dann auf einer Kegelmantelfläche, deren Mittelachse mit der Längsachse der miteinander fluchtenden Wellen übereinstimmt. Diese Kegelmantelfläche hat dann eine Neigung im Winkel α zu dieser Mittelachse.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine an- triebsseitige Welle 72 ein gummielastisches Kugelgleichlaufgelenk trägt, das allgemein mit 74 bezeichnet ist. Die Figur 6 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung. Das Kugelgleichlaufgelenk 74 hat einen an sich bekannten Aufbau und enthält Kugeln 76, die einerseits auf einem Innenlager 78, das drehfest mit der Welle 72 verbunden ist, und andererseits auf der Innenfläche eines Gehäusetopfes 80 ruhen. Zwischen dem Innenlager 78 und dem Gehäusetopf 80 können somit Ausgleichsbewegungen während der Drehmomentübertragung stattfinden. Die Kugeln 76 sind durch einen Kugelkranz 82 gehalten. Das Kugelgleichlaufgelenk 74 ist von einer Gummimanschette 84 umgeben, die teilweise im Schnitt dargestellt ist. Die Gummimanschette 84 ist durch eine umlaufende Haltemanschette 86 gehalten, die auf der äußeren Fläche des Gehäusetopfes 80 aufsitzt.
Der Gehäusetopf 80 enthält wie bei den anderen Ausführungsbeispielen Befestigungselemente, allgemein mit 88, 90 bezeichnet, die Paare von Befestigungszapfen 92 und 94 umfassen, die wie genauer in der Figur 7 zu sehen ist, als Befestigungszapfen 92a, 92b und 94a, 94b bezeichnet sind. Die Befestigungselemente 88, 90 mit den Paaren von Befestigungszapfen 92, 94 sind einstückig mit der Stirnseite des Gehäusetopfes 80 ausgebildet. Die Befestigungszapfen 92, 94 bzw. 92a, 92b und 94a, 94b können auch als separate Bauteile ausgeführt sein und mit der Stirnseite des Gehäusetopfes 80 oder mit Sockeln an dieser Stirnseite veschraubt sein.
Getriebeseitig ist eine Antriebswelle 96 angeordnet. Sie trägt an ihrem Wellenende eine Flanschwelle 98 auf der einstückig Befestigungselemente 100, 102 ausgebildet sind, die in der Figur 6 aus der Zeichenebene herausragen. Der Gehäusetopf 80 hat stirnseitig einen Zentrierzapfen 81 , der durch eine Zentrierhülse 83, vorzugsweise aus Kunststoff, in einer Bohrung in der Flanschwelle 98 aufgenommen ist. Zwischen der Stirnseite des Gehäusetopfes 80 und der Stirnseite der Flanschwelle 98 ist ein Ringelement 85 angeordnet, das als Elastomer ausgebildet ist und in axialer Richtung für gummielastische Nachgiebigkeit sorgt.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht von der Welle 96 aus gesehen. Die Befestigungselemente 100, 102 der Flanschwelle 98 umfassen in Umfangsrichtung gesehen Befestigungszapfen 104a, 104b und 106a, 106b.
Wie in Figur 6 zu erkennen ist, tragen die Befestigungszapfen 92, 94 erste Spannelemente 108, vorzugsweise Aramid-Schlingen, und zweite Spannelemente 110, vorzugsweise Rayon-Nylon-Schlingen. Die ersten Spannelemente 108 sind durch je eine Hülse 112 gehalten. Die zweiten Spannelemente 110 sind durch eine Sicherungsscheibe 114 gesichert. Die ersten und zweiten Spannelemente 108, 110 sind in einem ringförmig ausgebildeten Schutzmantel 116 aus Elastomer eingehüllt. Die Befestigungszapfen 92, 94 sind koaxial zur Längsachse 118 der Wellen 72, 96 ausgerichtet, d.h. die jeweiligen Längsachsen 120, 122 verlaufen parallel.
In Figur 7 ist zu erkennen, daß die Befestigungselemente 88, 100 und 90, 102 durch die ersten und zweiten Spannelemente 108, 110 verbunden sind, d.h. die Spannelemente 108, 110 verbinden die Befestigungszapfen 92b, 104a; 104b, 94a; 94b, 106a; und 106b, 92a paarweise miteinander. Aufgrund der so gebildeten elastischen Verbindung des Gehäusetopfes 80 mit der Flanschwelle 98 können die beiden Teile gegeneinander um einen kleinen Winkel tordieren.
Beim Beispiel nach Figur 6 ist die Flanschwelle 98 mit den separaten oder einstückig ausgebildeten Befestigungszapfen 104a, 104b, 106a, 106b wiederum einstückig mit der Welle 96 ausgebildet, vorzugsweise durch ein Gießverfahren oder Schmiedeverfahren. Die Flanschwelle 98 oder deren Stirnelement können jedoch auch nach Art der Flanschbrücke 20 als separat zu befestigendes Teil ausgebildet sein. Die Befestigungszapfen 92a, 92b, 94a, 94b, 104a, 104b, 106a, 106b sind beim vorliegenden Beispiel langgestreckt und tragen auf dem gleichen Durchmesser das erste Spannelement 108 und das zweite Spannelement 110. Es ist jedoch auch möglich, entsprechend dem Beispiel nach Figur 1 Befestigungszapfen für das erste und zweite Spannelement mit jeweils unterschiedlichem Durchmesser zu verwenden.
In Figur 6 wurde weiterhin als Beispiel ein gummielastisches Kugelgleichlaufgelenk 74 gezeigt, das am Ende der Welle 72 ausgebildet ist. Es können jedoch auch andere Gelenke verwendet werden, beispielsweise ein Tripodengelenk.

Claims

Ansprüche
1. Elastische Wellenkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum drehmomentübertragenden Verbinden der einander zugewandten Endabschnitte zweier im wesentlichen miteinander fluchtender Wellen,
mit mindestens zwei jedem Wellenende zugeordneten Befestigungselementen (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102),
wobei in Umfangsrichtung der Wellenkupplung gesehen jeweils ein der einen Welle zugeordnetes Befestigungselement (12, 14; 88, 90) und ein der anderen Welle zugeordnetes Befestigungselement (38, 40; 100, 102) abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind,
wobei jedes Befestigungselement (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) zwei erste Befestigungszapfen (22a, 22b; 24a, 24b; 42a, 42b; 44a, 44b; 92a, 92b; 94a, 94b; 104a, 104b; 106a, 106b) hat,
und wobei in Umfangsrichtung gesehen aufeinanderfolgende erste Befestigungszapfen unterschiedlicher Befestigungselemente durch jeweils mindestens ein erstes elastisches Spannelement (60, 108) elastisch miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) mindestens einer der Wellen einstückig mit dem Wellenende dieser Welle (10, 72, 96) ausgebildet sind, und
daß die Befestigungszapfen (22a, 22b; 24a, 24b; 42a, 42b; 44a, 44b; 92a, 92b; 94a, 94b; 104a, 104b; 106a, 106b) der Befestigungselemente (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) im wesentlichen koaxial zur jeweiligen Welle (10, 72, 96) verlaufen.
2. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (12, 14) und das Wellenende (10, 80) in einem Stück gefertigt sind, vorzugsweise durch eine Gießverfahren oder Schmiedeverfahren.
3. Elastische Wellenkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum drehmomentübertragenden Verbinden der einander zugewandten Endabschnitte zweier im wesentlichen miteinander fluchtender Wellen (10; 72, 96),
mit mindestens jeweils zwei jedem Wellenende zugeordneten Befestigungselementen (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102),
wobei in Umfangsrichtung der Wellenkupplung gesehen jeweils ein der einen Welle zugeordnetes (12, 14; 88, 90) Befestigungselement und ein der anderen Welle zugeordnetes Befestigungselement (38, 40; 100, 102) abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind,
wobei jedes Befestigungselement (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) zwei erste Befestigungszapfen (22a, 22b; 24a, 24b; 42a, 42t?; 44a, 44b; 92a, 92b; 94a, 94b; 104a, 104b; 106a, 106b) hat,
und wobei in Umfangsrichtung gesehen aufeinanderfolgende erste Befestigungszapfen unterschiedlicher Befestigungselemente durch jeweils mindestens ein erstes elastisches Spannelement (60, 108) elastisch miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß diametral einander gegenüberliegende Befestigungselemente (38, 40; 88, 90; 100, 102) mindestens einer Welle unmittelbar starr miteinander verbunden sind und ein einstückig ausgebildetes Kupplungsteil (20, 80) bilden, das mit dieser Welle (10, 72, 96) verbunden ist,
und daß die Befestigungszapfen (22a, 22b; 24a, 24b; 42a, 42b; 44a, 44b; 92a, 92b; 94a, 94b; 104a, 104b; 106a, 106b) der Befestigungselemente (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) im wesentlichen koaxial zur jeweiligen Welle (10, 72, 96) verlaufen.
4. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (20) durch eine lösbare Befestigungsvorrichtung mit der Welle verbindbar ist.
5. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (20) eine Zentrieröffnung zur Aufnahme einer Zentriervorrichtung (18) hat.
6. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Befestigungselement (12, 14; 38, 40) zwei zweite Befestigungszapfen (26a, 26b; 28a, 28b; 46a, 46b; 48a, 48b; 92a, 92b; 94a, 94b; 104a, 104b; 106a, 106b) hat,
und daß in Umfangsrichtung der Wellenkupplung gesehen aufeinander folgende zweite Befestigungszapfen unterschiedlicher Befestigungselemente durch jeweils ein zweites elastisches Spannelement (62, 110) elastisch miteinander verbunden sind.
7. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Spannelement (62, 110) eine kleinere Federkonstante hat als das erste Spannelement (60, 108), wobei das erste Spannelement (60, 108) vorzugsweise erst ab einem vorgegebenen Verdrehwinkel zwischen den Wellenenden wirksam ist.
8. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des ersten Spannelements (60, 108) um den Faktor 2 bis 6 größer ist als die des zweiten Spannelements (62, 110).
9. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Spannelement (62, 110) in der Ruhestellung der Wellenkupplung vorgespannt ist.
I
10. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) mit gleichem Winkelabstand zueinander um die Rotationsachse der Wellenkupplung angeordnet sind.
11. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (12, 14; 38, 40; 88, 90; 100, 102) zumindest im Bereich der ersten und zweiten (60, 62) Spann- elemente von einem Elastomer (32, 34, 116) umschlossen und die Spannelemente (60, 62) in das Elastomer (32, 34, 116) eingebettet sind.
12. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Spannelement (60, 108) ein elastischer ovaler erster Ring verwendet wird.
13. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Spannelement (62, 110) ein elastischer ovaler zweiter Ring verwendet wird.
14. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ovale Ring und/oder der zweite ovale Ring aus einem Fadenpaket gebildet ist, das jeweils um die beiden betreffenden Befestigungszapfen in Form eines Ovals bzw. einer Acht gewickelt ist.
15. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden eines jeden elastischen ersten Ringes zumindest teilweise aus einem gering dehnbaren Kunststofffaden, vorzugsweise einem Aramidfaden, und der Faden jedes elastischen zweiten Ringes zumindest teilweise aus einem hoch dehnbaren Kunststofffaden, vorzugsweise einem Rayonfaden oder Nylonfaden gebildet ist.
16. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsteil (20) mit einem Abschnitt eines Gleichlaufgelenkes (70) integral einstückig ausgebildet ist, und daß das Gleichlaufgelenk (70) mit der betreffenden Welle verbunden ist.
17. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (12, 14; 38, 40) klauenförmig ausgebildet sind.
18. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenende das Kupplungsteil (20) trägt, und daß am anderen Wellenende die Befestigungselemente (12, 14) einstückig ausgebildet sind.
19. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige elastische Spannelement (60, 62; 108, 110) im wesentlichen in einer Ebene verläuft, die senkrecht zur Längsachse der Welle (10, 72, 96) ist.
20. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der ersten und/oder der zweiten Befestigungszapfen der Befestigungselemente (12, 14; 38, 40) beider Wellenenden in die gleiche Richtung zeigen.
21. Elastische Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende der einen Welle (72) als Gelenk (74) ausgebildet ist, das auf der der anderen Welle (96) zugewandten Seite die Befestigungselemente (88, 90) trägt.
22. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (88, 90) einstückig mit einem Abschnitt (80) des Gelenks (74) ausgebildet sind.
23. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (74) ein Kugelgleichlaufgelenk ist.
24. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (74) ein Tripodengelenk ist.
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