CH666944A5 - Konstantdrehbewegliche kupplung. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf konstantdrehbewegliche Kupplungen und insbesondere auf eine verbesserte Form einer derartigen Kupplung, bei welcher Elastomermateriàlen Verwendung finden.

Elastische Kupplungen mit formschlüssig ineinandergreifenden Verbindungsgliedern sind allgemein bekannt und verschiedenartig ausgeführt, einschliesslich als konstantdrehbewegliche Kupplungen. Beispiele für Kupplungen mit förmschlüssig ineinandergreifenden Verbindungsgliedern für ein Paar zueinander fluchtender Wellen ergeben sich aus den US-Patenten 3 545 585

und 3 724 239. Konstantdrehbewegliche Kupplungen stellen eine spezielle Form von Kupplungen mit formschlüssig ineinandergreifenden Verbindungsgliedern dar und sind beispielsweise aus den US-Patenten 1 022 909, 1 394 701, 1 522 351, 2 010 899, 3 066 502 und 4 368 050 sowie aus den in diesen Dokumenten jeweils angegebenen Druckschriften bekannt.

Bei bekannten einfachen elastischen Kupplungen sind zwei starre Platten (oder Zylinder) vorgesehen, zwischen denen ein elastisches Verbindungsglied angeordnet ist. Derartige Kupplunge sind weder drehstarr noch können sie im strengen Sinn als konstantdrehbewegliche Kupplungen bezeichnet werden. Bei weiterentwickelteren Formen von elastischen Kupplungen sind im Elastomer feste Elemente eingefügt, die als Drehmomentübertragungselemente eingesetzt werden. Solche Kupplungen besitzen im allgemeinen erhöhte Ausgleichseigenschaften im Hinblick auf Wellenverlagerungen als einfache Scherkupplungen; einige dieser Kupplungen besitzen Konstantdrehbeweglich-keitseigenschaften. Jedoch sind derartige Kupplungen üblicherweise nicht drehmomentfest. Bei anderen Bauarten von elastischen Kupplungen werden Elastomerelemente verwendet, die mit den starren Naben nicht verklebt, sondern zwischengefügt sind, wobei von den Naben abstehende Finger in das Elastomer hineinragen. Diese Kupplungsart besitzt eine relativ hohe Drehfestigkeit, besitzt jedoch üblicherweise nicht die Eigenschaft der Konstantdrehfestigkeit, da die Bewegungs- oder Verlagerungsaufnahme weitgehend über ein Gleiten des Elastomers auf den Kupplungsfingern erfolgt.

Ein primäres Aufgabenmerkmal der Erfindung besteht darin, eine Verbundkupplung zu schaffen, die ein Konstantdrehbe-weglichkeitsverhalten zeigt, dabei sich drehmomentfest verhält und deren Bewegungsaufnahme durch eine Scherbeanspruchung des Elastomers erfolgt. Ein spezielleres Aufgabenmerkmal der Erfindung besteht darin, eine torsionsfeste Elastomerkupplung zu schaffen, die zur Drehmomentübertragung verwendet werden und gleichzeitig winklige, axiale und parallele Wellenverlagerungen ausgleichen kann. Dabei soll die zu schaffende Kupplung eine neuartige Anordnung aus starren (Kunststoff) und flexiblen (elastomeren) Verbundgliedern besitzen, welche gemeinsam eine konstantdrehbewegliche, drehmomentstarre Vorrichtung schaffen, die infolge eines Ausgleichs von Elastomerbelastungen eine verlängerte Lebensdauer besitzt. Zudem soll die Kupplung nach einem weiteren erfindungsgemässen Aufgabenmerkmal aus identischen, ineinandergreifenden Hälften bestehen, die gegossen und dann zur Bildung einer fertigen Kupplung zusammengesetzt werden können.

Insbesondere die genannten Aufgabenmerkmale der Erfindung werden mittels den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Lösungsmerkmalen realisiert. Dementsprechend wird eine konstantdrehbewegliche Kupplung geschaffen, welche aus zusammenpassenden gegenstückartig geformten Hälften besteht, von denen jede gekennzeichnet ist durch eine Nabe aus steifem festem Material, mehrere Drehmomentübertragungselemente aus einem ebenfalls steifen festen Material sowie aus Elastomerabschnitten, welche die Nabe und die Drehmomentübertragungselemente miteinander verbinden. Die Kupplung besitzt den Vorteil, dass die beiden Hälften in einer einzigen Form gegossen werden können, wobei die Zusammenpassabschnitte des eingreifenden Teils ergänzt werden, nachdem der Giessvorgang beendet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemässen Kupplung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Kupplung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Kupplung,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht bei einer Schnittführung entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 und

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Fig. 4 eine Seitenansicht der besagten Kupplung, wobei die beiden Hälften jeweils von einem Elastomer überzogen und in diesem eingekapselt sind.

In den verschiedenen Figuren beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf einander entsprechende Teile. Die einleitend beschriebenen Aufgabenmerkmale werden realisiert durch die Schaffung einer elastischen Kupplung, welche eine gegossene Eingriffshälfte und eine gegossene gegenstückartig ausgebildete weitere Hälfte aufweist, welche zusammengesetzt werden. Jede Kupplungshälfte besitzt eine starre Nabenanordnung, bestehend aus einem Nebenzentrum mit mehreren starren radial abstehenden Speichen, ein an die Nabe und die radial abstehenden Speichen angegossenes Elastomer und aus mehreren drehmomentfesten Übertragungselementen, welche in das Elastomer zwischen den radial abstehenden Speichen eingebettet sind. Das Elastomer füllt den Bereich zwischen der Nabe und den Drehmomentübertragungselementen aus und legt diese Elemente an der Nabe fest. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Drehmomentübertragungselemente so geformt, dass es möglich ist, die Elastomerlagen zwischen den Drehmomentübertragungselementen und den Nabenspeichen in einer gleichbleibenden Dicke auszubilden, um so einen Ausgleich von Scher- und Druckbelastungen vorzusehen. Ein weiteres Erfindungsmerkmal bezieht sich auf einen ausgesparten Abschnitt im Elastomer zwischen der Nabe und den Drehmomentübertragungselementen, um so das Ausmass der Steifheit der Kupplung einzustellen. Bis auf die ineinandergreifenden Elemente können die Kupplungshälften identisch aufgebaut sein.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann auch ein Elastomermaterial verwendet werden, um jede der beiden zusammenpassenden Hälften mechanisch einzukapseln und insbesondere die gesamte Nabenanordnung und Teile der Drehmomentübertragungselemente, damit die Verbundfestigkeit verbessert und die Lebensdauer verlängert wird.

Gemäss den Fig. 1 bis 4 wird die Kupplung gebildet aus einer aufnehmenden Kupplungshälfte oder einem Bestandteil 2A und einer eingreifenden Kupplungshälfte oder Bestandteil 2B, wobei diese Bestandteile getrennt gegossen und in der nachstehend beschriebenen Weise miteinander verbunden sind. Die aufnehmende Hälfte 2A der Kupplung umfasst eine Nabeneinheit, die aus einem zylindrischen Nabenabschnitt 4 und drei radial abstehenden Speichen 6 besteht, die in Form einstückiger Nabenverlängerungen ausgeführt sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzen die Speichen 6 divergierende Seiten 7 und 8 (tatsächlich besitzen sie, wie in Fig. 3 gezeigt, im Querschnitt eine allgemein trapezförmige Konfiguration). Die Nabeneinheit ist aus einem festen, d.h. steifen Material gegossen vorzugsweise aus Kunststoff, wie Acrylonitro-Butadien-Sty-ren («ABS»).

Zwischen den drei abstehenden Speichen 6 sind auf gleich-mässige Abstände verteilt drei starre Drehmomentübertragungselemente 9 vorgesehen, die aus dem gleichen Material wie die Naben 4 und die Speichen 6 gefertigt sind. Vorzugsweise besitzt, wie in Fig. 3 gezeigt, jedes der Drehmomentübertragungselemente 9 im Querschnitt eine trapezartige Form. Diese Drehmomentübertragungselemente sind gegossen und mit elastome-ren Verbindungselementen 12 verklebt und werden von diesen Elementen abgestützt, wobei die elastomeren Verbindungselemente 12 ihrerseits gegossen und von der Nabe sowie den Speichen der Nabenanordnung getragen werden und mit diesen verklebt sind. Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzen die elastomeren Verbindungselemente 12 in ihrem Querschnitt eine U-Form, umfassend divergierende radial abstehende Schenkelabschnitte 14 und 16 sowie einen in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitt 18, welcher sich um einen entsprechenden Abschnitt zur Nabe 4 erstreckt. Zum Zwecke des Belastungsausgleichs ist die Dicke der Abschnitte 12, 14 und 16 entsprechend der Steifheit des Elastomers, aus dem die Elemente 12 gefertigt werden,

bemessen. Die elastomeren Verbindungselemente 12 besitzen vordere und rückseitige Flächen 20 und 21, die bündig mit den entsprechenden Front- und Rückflächen 22 bzw. 23 der Speichen 8 sind.

Die Nabe 4 besitzt ein axial gerichtetes Sackloch oder eine Blindbohrung 28, um eine nicht gezeigte Welle aufzunehmen, welche als Antriebs- oder angetriebene Welle ausgeführt sein kann. Eine Gewindebohrung 30 erstreckt sich radial in die Nabe und ist vorgesehen, um eine Fixierschraube (nicht gezeigt) aufzunehmen, die zur Befestigung der Nabe an der antreibenden oder angetriebenen Welle dient. Eine alternative Methode besteht darin, ein D-förmiges axiales Sackloch an der Nabe durch Giessen auszubilden, in das eine Welle mit einer entsprechenden Abflachung eingesetzt werden kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, stehen die Drehmomentübertragungselemente 9 von den Vorderflächen der Elastomerelemente ab, so dass ein vorderer Abschnitt 32 der Drehmomentübertragungselemente zur Verfügung steht, um in ein entsprechendes aufnehmend ausgebildetes Drehmomentübertragungselement kuppelnd eingreifen zu können. Jedes der Drehmomentübertragungselemente des aufnehmenden Kupplungsabschnitts ist mit einem Sackloch 34 an seinem vorderen Ende versehen. Die Löcher 34 erstrecken sich parallel zur Rotationsachse der Nabe. Die eingreifende Hälfte der Kupplung ist identisch mit der aufnehmenden Hälfte bis auf mehrere, an den Drehmomentübertragungselementen 9 einstückig angeformte Verbindungsstifte oder -zapfen 38, welche von den vorderen Enden der Drehmomentübertragungselemente 9 nach vorne abstehen. Die Stifte 38 sind so bemessen, dass sie in die Sackbohrungen 34 der Drehmomentübertragungselemente der aufnehmenden Kupplungshälfte hineinpassen. Die Verbindungsstifte sind vorzugsweise an den Drehmomentübertragungselementen des aufnehmenden Kupplungsabschnitts mittels eines Klebstoffs befestigt. Als alternative Massnahme können die vorstehenden Teile an den aufnehmenden Kupplungskomponenten durch Ultraschallverkleben, Presspassungen oder andere geeignete Verfahren befestigt werden.

Wenn die beiden Kupplungshälften zusammengesetzt sind, liegen die vorderen Endflächen 40 der Drehmomentübertragungselemente der beiden Hälften in der in Fig. 2 gezeigten Weise aneinander.

Wenn die Kupplung zwischen eine Antriebs- und eine angetriebene Welle montiert ist, bildet sie eine Konstantgeschwindig-keits- oder Konstantdrehbeweglichkeitsverbindung zwischen den beiden Wellen. In diesem Zusammenhang ist es bedeutsam, dass die Kupplung torsionsfest ist. Andererseits kann sie auch durch eine Scherdeformation des elastomeren Verbindungselements 12 bedingte Bewegungen aufnehmen. Ausserdem sind im Fall von winkligen, axialen oder parallelen Wellenverlagerungen die elastomeren Abschnitte einer Seher-Deformation durch Drehmomentübertragungselemente ausgesetzt. Die elastomeren Abschnitte geben unter der Belastung infolge von Wellenverlagerungen durch Seher-Deformation nach. Wenn jedoch die Antriebswelle ein Drehmoment auf die Kupplung ausübt, wirken die Elastomerelemente in ihrer Gesamtheit als eine im wesentlichen torsionsfeste Verbindung zwischen der Nabe 4 und den Speichen 6 einerseits sowie den Drehmomentübertragungselementen 9 andererseits. Die Elastomerelemente unterliegen einer gleichförmigen Scherbelastung über ihre elastisch deformierbaren Glieder, um so die Konstantdrehbeweglichkeitseigenschaf-ten der Kupplung zu schaffen. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, dass die Kupplungshälften eine gleich grosse Steifheit besitzen, so dass die Scherwirkung zwischen den beiden Hälften der Kupplung gleichförmig verteilt ist.

Ein bedeutsames Merkmal der Erfindung betrifft die Art und Weise, in der die Drehmomentübertragungselemente und die verbindenden Elastomerabschnitte geformt sind. Die Trapezform gemäss Fig. 3 ist wichtig, weil sie es erlaubt, dass die

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Abschnitte 14 und 16 der Elastomerverbindungselemente 12 eine gleichgrosse Dicke entlang ihrer Radialabmessung besitzen, um so den Belastungsausgleich zu erleichtern. Die beiden Kupplungsglieder. werden vorzugsweise unter Einsatz herkömmlicher Giessverfahren gefertigt. Beispielsweise können der Nabenabschnitt und die Drehmomentübertragungselemente 10 mittels Druck oder Spritzgussverfahren vorgeformt werden. Danach können der Nabenabschnitt und eine entsprechende Anzahl Drehmomentübertragungselemente in eine geeignete Druckgussform eingebracht werden, und die Elastomerabschnitte 12 werden in situ angegossen, derart, dass sie mit der Nabenanordnung und den Drehmomentübertragungselementen unlösbar verbunden sind.

Verschiedene Materialien können zum Herstellen der Nabeneinheit und der Drehmomentübertragungselemente Verwendung finden. Vorzugsweise werden diese Kupplungselemente aus einem thermoplastischen Harzmaterial hergestellt, um deren Giessen in herkömmlichen Formgusseinrichtungen zu erleichtern. Beispielsweise könnten diese Einzelteile aus Polypropylen oder einer Polymethyl-Methacrylat-Mischung, die die gewünschte Steifigkeit besitzt, hergestellt werden. Entsprechend können die elastomeren Abschnitte 12 aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt werden, die allesamt dem einschlägigen Fachmann bekannt sind und die die gewünschte Elastizität besitzen. Beispielsweise können die Elastomerabschnitte 12 aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Begriff «thermoplastisches Elastomer» in der einschlägigen Fachwelt bekannt ist, was durch die Literaturstelle Tobolsky et al., Polymer Science and Materials, S. 277, Wiley-Interscience (1971) belegt wird. Auch existiert eine Vielzahl derartiger Materialien, wie das B. A. Walker, Handbook of Thermoplastic Elastomers (1979), belegt.

Darüber hinaus können auch andere Elastomere, z.B. synthetische oder Naturelastomere wie Butadien, Silikon und Neo-pren-Elastomere zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist es vorgesehen, eine bogenförmige Öffnung oder Ausnehmung 44 in dem Verbindungsabschnitt 18 des elastomeren Verbin-dungselements auszubilden. Diese damit kernfreien Abschnitte oder Öffnungen 44 sind deshalb vorgesehen, damit die Steifigkeit eingestellt und auch ein Beanspruchungsausgleich erleichtert wird. Die Abmessungen der Öffnungen 44 werden an die Steifigkeits- und Belastungsausgleichserfordernisse angepasst. Diese Öffnungen können mittels eines geeigneten Kernglieds ausgeformt werden, das sich in der Gussform befindet, welche zur Ausbildung des betreffenden Kupplungshälftenabschnitts eingesetzt wird.

Eine weitere Modifikation ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei werden zwei Kupplungshälften in einer Elastomerhülle 50 (in gestrichelten Linien abgebildet) eingekapselt, um so die Lebensdauer der Kupplung zu verlängern. Die Elastomerhülle 50 soll vorzugsweise derart aufgebracht werden, dass sie lediglich die Speichen 6, die Verbindungsabschnitte 12 und Teile der Drehmomentübertragungselemente 9 abdeckt. Die vorderseitig abstehenden Abschnitte 32 der Drehmomentübertragungselemente und die Stifte sind nicht von dem einkapselnden Elastomer überzogen. Das einkapselnde Elastomer ist in seiner Dicke begrenzt, und zwar aus Kostengründen und auch zur Vermeidung von Interferenzen mit der Kupplungswirkung. Vorzugsweise besitzt die Elastomerschicht eine Dicke von etwa 0,25 mm.

Die Elastomerschicht oder Einkapselung kann gebildet werden, indem die Kupplungshälfte in eine zweite sich dafür eignende Form gelegt, und die Elastomerschicht um die Kupplung herum unter Druck aufgegossen wird. Die Schicht kann aus einem Elastomer bestehen, welches das gleiche ist wie das Elastomermaterial der Verbindungselemente 12 oder auch aus einem unterschiedlichen Material.

Die Erfindung besitzt eine Reihe von Vorteilen. Einerseits ist die erfindungsgemässe Kupplung einfach zu fertigen, und zwar unter Einsatz bekannter und einfacher Giessverfahren, weshalb keine komplizierten Gussformen erforderlich sind; dadurch kann die Kupplung so konzipiert werden, dass die einen Belastungsausgleich gewährleistet und dabei drehfeste Drehmomentübertragungseigenschaften besitzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beiden Kupplungshälften im wesentlichen identisch sind, bis auf die Ausbildung der Bohrungen 34 in dem aufnehmenden Kupplungsteil, in die die Zapfen 38 des eingreifenden Kupplungsteils hineinpassen. Falls gewünscht, brauchen die Zapfen 38 nicht als einstückig angegossene Verlängerungen der Drehmomentübertragungselemente der eingreifenden Kupplungshälfte ausgebildet zu sein. Es wäre auch möglich, dass ein eingreifender Abschnitt genauso gegossen wird wie ein aufnehmender Abschnitt, und dass dann die (getrennt vorgefertigten) Stifte 38 in die Bohrungen 34 des aufnehmenden Abschnitts eingesetzt und an diesem befestigt werden (beispielsweise mittels eines Zements, eines Presssitzes oder durch Ultraschallkle-bung), um auf diese Weise einen eingreifenden Kupplungsabschnitt entsprechend der Kupplungshälfte 2B zu bilden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Erfindung noch auf andere Art modifiziert werden kann. Beispielsweise kann die Anzahl der Speichen und Drehmomentübertragungselemente variiert werden, z.B. kann jede Kupplungshälfte vier oder fünf Speichen und Drehmomentübertragungselemente besitzen. Auch brauchen die Nabenanordnung und die Drehmomentübertragungselemente nicht aus ein und demselben Material hergestellt zu werden (jedoch sollten die Nabenanordnung und die Drehmomentübertragungselemente aus einem relativ steifen oder stabilen Material sein). Entsprechend brauchen die Vorderflächen der Drehmomentübertragungselemente nicht flach zu sein und nicht unmittelbar aneinandergrenzen. Die Form der Drehmomentübertragungselemente kann auch abgewandelt werden. Somit brauchen beispielsweise die äusseren Umfangsflächen der Drehmomentübertragungselemente nicht genauso gekrümmt zu sein wie die äusseren Mantelflächen der Speichen und/oder der elastomeren Abschnitte 12 und sie brauchen auch nicht mit diesen Teilen bündig zu verlaufen.

Auch können andere Herstellungsverfahren zur Fertigung der erfindungsgemässen Kupplungen eingesetzt werden. Beispielsweise können die beiden Kupplungshälften mittels eines Co-Injektions-Giessverfahrens gefertig werden, wie es im US-PS 4 385 025, veröffentlicht am 24. Mai 1983, offenbart ist (das vorgenannte US-Patent wurde erteilt für Charles M. Salerno et al. und trägt den Titel: Vibration Isolators And Manufacture Thereof By Co-Injection Molding).

Weitere Vorteile und Modifikationen an der Erfindung sind dem einschlägigen Fachmann bekannt, und die Erfindung um-fasst einen allein durch die beigefügten Ansprüche umrissenen Schutzbereich.

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1 Blatt Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Konstantdrehbewegliche Kupplung ohne wesentliche elastische Drehbeweglichkeit zwischen ersten und zweiten zusammenpassenden Kupplungsgliedern, die jeweils gekennzeichnet sind durch eine Nabe (4) und mehrere von dieser Nabe nach aussen abstehende, auf gleichmässige Abstände verteilte Speichen (6),

   mehrere zwischen den Speichen (6) angeordnete Drehmomentübertragungselemente (9) und mehrere elastomere Verbindungselemente (12), die mit der Nabe und den Drehmomentübertragungselementen verklebt sind, das Ganze derart, dass die Drehmomentübertragungselemente zur Vorderseite der Nabe abstehen, dass eines der zusammenpassenden Glieder in seinen Drehmomentübertragungselementen (9) Ausnehmungen (34) aufweist und das andere damit zusammenpassende Glied an seinen Drehmomentübertragungselementen (9) Vorsprünge (38) besitzt, welche von den Ausnehmungen unter Bildung der Kupplungsverbindung zwischen beiden Gliedern aufgenommen werden.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (38) Zapfen sind, die in die Drehmomentübertragungselemente (9) des anderen, als Gegenstück dienenden Gliedes, eingeklebt sind.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (6) Umfangsabmessungen besitzen, welche mit zunehmendem Abstand vom Zentrum der Nabe (4) zunehmen.
4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungselemente (9) eine Umfangs-abmessung besitzen, welche sich mit zunehmendem Abstand vom Zentrum des Nabenabschnitts vergrössert.
5. 5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (38) einstückig an dem besagten anderen, als Gegenstück ausgebildeten Glied, angeformt sind.
6. 6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungselemente (9) aus einem steifen Material gefertigt sind.
7. 7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungselemente aus einem synthetischen Kunststoffharz gefertigt sind.
8. 8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) und die Speichen (6) aus einem steifen Material hergestellt sind.
9. 9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenabschnitt (4) und die Speichen (6) aus einem synthetischen Kunststoffharz gefertigt sind.
10. 10. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) und die Speichen (6) aus dem gleichen Material gefertigt sind wie die Drehmomentübertragungselemente (9).
11. 11. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten zusammenpassenden Glieder (2A, 2B) durch Giessen hergestellt sind.