DE2653007A1 - Vorrichtung zur verbindung einer antreibenden mit einer angetriebenen welle - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ. FINSTERWALD & GRÄ1*

* 26b3ÜÜ7

München, den 22.11.1976 S/3/Co-L 2036

LORD CORPORATION 1635 West 12th Street, Erie,

State of Pennsylvania,U.S.A.

Vorrichtung

zur Verbindung einer antreibenden mit einer angetriebenen

Welle.

Wenn Leistung oder Drehmoment von einer drehbaren Welle auf eine andere übertragen wird, sollten die Wellen idealer Weise genau miteinander ausgerichtet sein. Eine gute Ausrichtung der Wellen vermindert die Anforderungen an den Verbindungsmechanismus und optimiert die Arbeitsweisen der Wellen und der Vorrichtungen, mit denen jede der beiden Wellen verbunden ist. Jedoch ist es praktisch unmöglich, Wellen, die bei ihrer Erstanbringung genau ausgerichtet sind, in dieser genauen Ausrichtung zu halten. Das trifft besonders auf Fälle zu, bei denen die Wellen in einem sich bewegenden Aufbau aufgenommen sind, wie z.B. bei einem Kraftfahrzeug oder einem Flugzeug. Ein Durchbiegen des Kraftfahrzeug- oder Flugzeuggehäuses kann zur Folge haben, daß die

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DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -INC. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

MÜNCHEN 22. ROBtRr-KOCH-STRASSEI 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. I0»9> 29 42 M. TtIKX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TtL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK: MONCHhN 7 7 O 62 -

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Montagestellen oder die Lager der Wellen sich in bezug aufeinander bewegen. Schwingungen, die durch unausgeglichene Massen hervorgerufen werden, können die Wellen dazu bringen, ihre gegenseitige Ausrichtung zu verändern. Ebenso kann ein Verschleiß der Lager und der Wellen selbst dies hervorrufen. Bei vielen Einrichtungen muß deshalb die die zwei Wellen verbindende Vorrichtung so konstruiert sein, daß sie beträchtliche Winkelabweichungen der Wellen aufnehmen kann.

Ein Kardangelenk oder eine Kardanverbindung erlaubt die übertragung von Drehmoment oder von Leistung von einer drehbaren Welle auf eine andere auch dann, wenn die Wellen Winkelabweichungen gegeneinander besitzen. Mit der Entwicklung von größeren und leistungsfähigeren Maschinen, bei denen Wellen mit höheren Rotationsgeschwindigkeiten gedreht werden müssen, wurden die Belastungen, denen die Wellen beim Anlauf einer Maschine oder während des Arbeitsvorganges oder infolge von Veränderungen der Rotationsgeschwindigkeit während des Arbeitsvorganges unterworfen sind, wesentlich vergrößert. Um die Antriebswellen und die Verbindungen zwischen diesen gegen solche Stoß- und Vibrationsbelastungen zu schützen, enthalten viele Universal-Kardangelenke elastische Einsätze. So enthält die in der US-PS 2 975 621 gezeigte Kardankupplung ein vierarmiges Kreuz, bei dem jeder Arm des Kreuzes von einem ringförmigen Einsatz aus elastomerem Material umgeben ist. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Arme des Kreuzes sind mit einer Welle verbunden.

In einer solchen Kupplung ruft die von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle ausgeübte Drehkraft eine Kombination von Druck- und Zugbelastungen an jedem elastomeren Einsatz hervor. Eine Axialbewegung der Wellen gegeneinander (d.h.

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eine Relativbewegung der Wellen längs einer gemeinsamen Achse) belastet die Einsätze ebenfalls mit einer Kombination aus Druck- und Zugbelastung, während ein Winkelfehler der Wellen in erster Linie eine Torsions-Scherung der Einsätze hervorruft. Obwohl die elastomeren Einsätze gegen Stoß- und Vibrationsbelastungen schützen, rufen große, durch das Drehmoment erzeugte Druckbelastungen der Einsätze große Verformungen des Elastomers hervor. Diese großen Verformungen, die als ein Ausbeulen des Elastomers in Erscheinung treten, beeinträchtigen die Lebensdauer der Verbindung dadurch, daß das Elastomer ermüdet. Das Ausbeulen kann dadurch verringert werden, daß in die Einsätze ringförmige Metallscheiben eingelegt werden, jedoch sind solche Metallscheiben teuer in der Herstellung und erhöhen die Kosten der Verbindungseinrichtung beträchtlich. Diese Art von Verbindung kann auch nur eine begrenzte Axialbewegung der miteinander verbundenen Wellen gegeneinander aufnehmen. Außerdem setzt die Hinzufügung der Metallscheiben zu den Einsätzen der Kupplung zwar die Lebensdauer der Einsätze herauf, sie begrenzt jedoch die relative Axialbewegung, die aufgenommen werden kann, noch weiter.

Eine andere elastische Universalkupplung wird beispielsweise in der US-PS 2 157 996 beschrieben. In dieser Kupplung wird die Leistung von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle jeweils durch Paare von scheibenförmigen Teilen übertragen, die Nasen besitzen, die jeweils von dem einen Teil gegen das andere hin vorspringen. Die Nasen an jedem scheibenförmigen Teil sind in Umfangsrichtung mit einem solchen Abstand voneinander angebracht, daß die Nasen benachbarter Teile miteinander in Eingriff kommen können. Elastomere Körper sind zwischen benachbarten Nasen angebracht, um Stöße und Vibrationen abzudämmen und ihre übertragung von einer Welle auf

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die andere zu verhindern. Bei einer solchen Verbindung erzeugt das Antriebs-Drehmoment eine Druckbelastung der Elastomer-Einsätze. Eine relative Axialbewegung der Wellen gegeneinander erzeugt, wenn sie überhaupt eine Belastung erbringt, eine Scherbelastung der elastomeren Einsätze. (Streifen, die die Reibung zwischen den Elastomer-Einsätzen und benachbarten Metallteilen verhindern sollen, können diese Belastung der elastomeren Einsätze beseitigen). Winkelabweichungen der Wellen gegeneinander ergeben eine veränderliche Kombination von Scher- und "Spann-"Belastungen ("cocking"-Belastungen) der elastomeren Einsätze. Die "Spann"-belastungen stellen eine besondere Verknüpfung von Scher- und Druckbelastungen dar, die vom Verkanten oder Verspannen einer flachen Oberfläche gegen einen mit ihr verbundenen elastomeren Körper herrühren.

Im Vergleich zu der Verbindung nach FS-PS 2 975 621 kann die letztgenannte Verbindung größere Drehmomentbelastungen aufnehmen. Sie kann auch eine wesentlich größere Relativbewegung in Axialrichtung der Wellen zueinander aufnehmen, was von dem zwischen den einander gegenüberliegenden scheibenartigen Teilen vorhandenen Spielraum herrührt. Andererseits beeinträchtigen die von Winkelfehlern der verbundenen Wellen herrührenden Belastungen die Lebensdauer der letztgenannten Verbindung sehr schädlich. Im besonderen ändern sich die auf jeden Elastomer-Einsatz einwirkenden Belastungen zyklisch in Größe, Richtung und Art (z.B. Scher- und Spannbelastungen) während jeder Umdrehung der Wellen. Solche zyklischen Belastungen, besonders die zyklisch auftretenden Druckbelastungen, die eine Komponente der "Spann"-Belastungen darstellen, beeinflussen die Dauer bis zur Ermüdung der elastomeren Körper sehr schädlich, verglichen mit stetigen Belastungen gleicher Größe.

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Die schädlichen zyklischen Spannbelastungen, die in der eben erwähnten Kupplung auftreten, sind auch in Kupplungen gleichartigen Aufhaus,wie sie in der US-PS 3 902 333 beschrieben sind, zu finden. Dagegen ist in der US-PS 3 257 826 eine Verbindung beschrieben und dargestellt, die der Verbindung nach US-PS 2 157 996 ähnelt, die jedoch zyklische Spannbelastung des in der Verbindung enthaltenen Elastomers vermeidet. In dieser Kupplung besteht jeder elastomere Körper aus einem komplexen schichtförmigen Aufbau aus Elastomer und Metall. Ein Abschnitt jedes solchen schichtartigen elastomeren Körpers ist effektiv eine Kugelgelenkverbindung. Eine Winkelabweichung zweier durch eine solche Verbindung gekoppelter Wellen erzeugt so in den elastomeren Körpern lediglich Torsions-Scherbelastungen. Obwohl die Scherbelastungen zyklisch sind, beeinflussen sie die Lebensdauer der elastomeren Körper bis zur Ermüdung weniger schädlich als zyklische Spann- oder Druckbelastungen. Die Komplexheit des schichtförmigen Aufbaus der Kupplung nach US-PS 3 257 826 erhöht das Gewicht und die Kosten einer solchen Verbindung beträchtlich. So ist der Einsatz dieser Verbindung notwendigerweise auf Anlagen beschränkt, bei denen das erhöhte Gewicht und die erhöhten Kosten in Kauf genommen werden können.

Antriebs-

Durch die vorliegende Erfindung soll eine UniversaiyVerbindung geschaffen werden, die Körper aus elastomerem Material enthält und so aufgebaut ist, daß sie Winkelabweichungen miteinander verbundener Wellen in erster Linie durch zyklische Scherbelastungen der elastomeren Körper aufnimmt. Gleichzeitig soll die Kupplung beträchtlich größere axiale Relativbewegungen der miteinander verbundenen Wellen im Vergleich zu der Kupplung nach US-PS 2 975 621 aufnehmen und einfacher gebaut und kostengünstiger herzustellen sein als die Verbindung nach US-PS 3 257 826.

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Eine erfindungsgemäße Verbindung umfaßt ein starres Teil mit vier sich in einer Ebene radial erstreckenden Armen. Benachbarte Arme des vierarmigen Teils sind senkrecht zueinander gerichtet. Zwischen jedem Arm des vierarmigen Teils und den dazu senkrecht gerichteten Armen ist ein starres Element angeordnet. Ein elastomerer Körper ist zwischen jedem starren Element und dem benachbarten Arm des vierarmigen Teils befestigt. Ein Paar diametral einander gegenüberliegender starrer Elemente ist zur Verbindung mit einer drehbaren Welle vorgesehen. Ein zweites Paar einander diametral gegenüberliegender starrer Elemente ist zur Verbindung mit der anderen drehbaren Welle vorgesehen. Die einzige Verbindung zwischen den jeweiligen Paaren von starren Elementen ist durch die elastomeren Körper und die Arme des Drehkreuzes gegeben. Gleicherweise ist die einzige Verbindung zwischen den starren Elementen und dem Drehkreuz durch die elastomeren Körper gegeben.

Eine wie eben beschrieben aufgebaute Antriebsverbindung, bei der nur zwei diametral einander entgegengesetzt liegende Elemente der Kupplung mit der jeweiligen Drehwelle verbunden sind ergibt die Möglichkeit, die auf die elastomeren Körper in der Verbindung ausgeübten Spannbelastungen zu vermindern oder im wesentlichen zu beseitigen. Eine solche Verminderung der Spannbelastungen ist nicht möglich, wenn jede Welle mit der Verbindung an mehr als zwei in Umfangsrichtung voneinander mit Abstand versehenen Punkten verbunden ist,wie es z.B. in der vorhin erwähnten Verbindung nach US-PS 3 902 333 der Fall ist. Die Herabsetzung der Spannbelastungen wird sichergestellt, indem jeder elastomere Körper und die benachbarten starren Teile der Verbindung so geformt und dimensioniert werden, daß die elastomeren Körper einer relativen Parallelbewegung zwischen benachbarten starren Teilen der Verbindung

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weniger Widerstand entgegensetzen als der Relativbewegung
benachbarter starrer Teile gegeneinander, die von einer

relativen, Drehung eines eingrenzenden starren Elementes um

Achse, die

eine/durch das starre Element und durch ein diametral entgegengesetzt liegendes starres Element hindurchtritt, erzeugt wird. Anders ausgedrückt sollte jeder elastomere Körper der Verbindung eine beträchtlich geringere Schersteifigkeit verglichen mit seiner "Spannsteifigkeit" (cocking-stiffness) besitzen. Auf diese Weise geben die elastomeren Körper der Verbindung, wenn diese sich bei Verbindung winkelmäßig von einander abweichender Wellen dreht, eher auf Scherbelastungen als auf Spannbelastungen hin nach. Das bevorzugte Nachgeben auf Scherbelastungen dieser elastomeren Körper setzt die Spannbelastungen des Elastomers wirksam herab, wenn es sie nicht gar im wesentlichen beseitigt.

Die erwünschte Beziehung zwischen der Spannsteifheit und
der Schersteifheit der elastomeren Körper kann dadurch erreicht werden, daß in jeden elastomeren Körper mindestens
eine Scheibe aus einem Material eingebettet wird, das,
verglichen mit dem Elastomer, im wesentlichen nicht dehnbar ist. Jede Scheibe kann eine flache Platte sein, wenn geringste Kosten anges-trebt werden. Alternativ dazu kann jede
Scheibe eine Platte sein, die in der Nähe des Außenumfangs der Verbindung eine größere Stärke aufweist und die der
Mitte der Verbindung zu in radialer Richtung verjüngt ist. Solche keilförmig gestalteten Scheiben führen die Änderungen in der durch Drehkraft erzeugten Druckbelastung in jedem elastomeren Körper auf ein kleinstes Maß zurück. In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das vierarmige Teil der Verbindung ein Drehkreuz mit sich nach aussen erstreckenden Armen. Die starren Element^, die elastomeren Körper und die Arme des vierarmigen Teils sind vor-

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zugsweise alle keilförmig gestaltet und nehmen in ihrer Breite oder Dicke vom Außenumfang der Verbindung radial zur Mitte der Verbindung hin ab. Um die Möglichkeit des Auftretens von Spannbelastungen in dem elastomeren Körper während der Drehung der Verbindung auszuschalten, können die elastomeren Körper beim Zusammenbau der starren Elemente in den Räumen zwischen den Armen des vierarmigen Teils unter eine Druckvorspannung gesetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung zweier Drehwellen,

Figur 2 eine Vorderansicht der Verbindung nach Fig. 1 nach Linie 2-2 der Fig. 1,

Figur 3 eine Rückansicht der Verbindung nach Linie 3-3 der Fig. 1,

Figur if einen Schnitt durch die Verbindung nach Linie if-if der Fig. 2, und

Figur 5 eine Ansicht der elastischen Hauptanordnung der Kupplung nach Fig. 1 , von Linie 5-5 der Fig. 1+ aus gesehen.

Die in Fig. 1 dargestellte elastische Antriebsverbindung verbindet zwei Drehwellen 12 und 1Zf zum Antrieb miteinander. Wie in Fig. 5 gezeigt besteht der Hauptabschnitt der Verbindung 10 aus einer kreisförmigen elastischen Anordnung 16. Die elastische Anordnung 16 schließt ein Drehkreuz 18, das aus

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einem starren Material wie Stahl oder Aluminium hergestellt ist, ein· Das Drehkreuz 18 besitzt vier koplanare Arme 20a bis HOd, die von einer zentralen Nabe 22 weg radial ausgerichtet sind. Jeder Arm 20a bis d des Drehkreuzes 18 hat im allgemeinen eine keilförmige Gestalt, wobei seine Breite oder Dicke vom Außenumfang der kreisförmigen Anordnung 16 in Radialrichtung nach innen zur Mitte der Anordnung hin abnimmt. Die Mittelachsen benachbarter Arme 20 sind senkrecht zueinander angeordnet, so daß die Arme 20a und 20c und die Arme 20b und 2Od jeweils diametral einander gegenüberliegen und sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.

Zwischen benachbarten Armen 20 des Drehkreuzes 18 sind vier keilförmige, starre Teile oder Elemente 2Zf, 26, 28 und 30 angeordnet. Die starren Teile 24 bis 30 können, wie das Drehkreuz Yollkörper aus Stahl oder Aluminium sein. Das starre Teil 24 ist zwischen den Armen 20a und 20b des Drehkreuzes 18 angeordnet und weist von beiden Armen den gleichen Abstand auf. Das starre Teil 26 ist gleicherweise zwischen den Armen 20b und 20c, das starre Teil 28 zwischen den Armen 20c und 2Od und das starre Teil 30 zwischen den Armen 2Od und 20a mit jeweils gleichem Abstand angeordnet. Jedes starre Teil 24 bis '30 ist mit den anderen identisch und seine Breite oder seine Dicke nimmt vom Außenumfang der Anordnung 16 gegen die Mitte der Anordnung hin ab. In jedem starren Teil 24 bis 30 ist eine mit Gewinde versehene Bohrung 32 angebracht. Auf einer Oberfläche der starren Teile 24 bis 30 ist exzentrisch um die Gewindebohrung 32 eine vorstehende kreisförmige Nase 34 angebracht, die, wie später beschrieben wird, zum Ausrichten verwendet wird. Die vorstehenden Nasen 34 sind an einander gegenüberliegenden starren Teilen 24 und 38 gegen das eine Ende der Verbindung 10 und der Anordnung 16 hin angebracht, während die vorstehenden Nasen 34 an den einander gegenüber-

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liegenden starren Teilen 26 und 30 gegen das andere Ende der Verbindung hin angebracht sind.

Zwischen jedem der starren Teile 24 bis 30 und jedem benachbarten Arm 20a bis d des Drehkreuzes 18 sind elastomere Körper 36, 38, 40, Zf2, 44, 46, 46 bzw. ^O angeordnet. Jeder elastomere Körper 36 bis 50 ist an den benachbarten Oberflächen eines starren Teils 24 bis 30 und eines Armes 20a bis d des Drehkreuzes 18 befestigt, vorzugsweise flächig verbunden. Wegen der sich verjüngenden Gestalt der Arme 20a bis d des Drehkreuzes 18 und der starren Teile 24 bis 30 haben auch die elastomeren Körper eine in Radialrichtung nach innen vom Außenumfang der Anordnung 16 her zulaufende Form. Wie besonders in Fig. 5 zu ersehen, bildet der Außenumfang der kreisförmigen Anordnung 16 keinen genauen Kreis. Die leicht unregelmäßige Oberfläche der Anordnung 16 rührt davon her, daß die elastomeren Körper 36 bis 50 eine Vorspannung in Druckrichtung erhalten haben· Im einzelnen wird die Anordnung 16 anfangs so hergestellt, daß die starren Teile 24 bis 30 in Radialrichtung von den in Fig. 5 zu sehenden normalen Stellungen aus radial nach außen versetzt sind. Unter Benutzung geeigneter, für den Fachmann einfach ersichtlicher Werkzeuge werden die starren Teile 24 bis 30 vor oder bei dem Anschließen der Verbindung 10 an die Wellen 12 und 14 radial nach innen gedrängt. Die radiale Bewegung der starren Teile 24 bis 30 bewirkt eine wirksame Vorspannung der elastomeren Körper 36 bis 50, so daß die Möglichkeit des Auftretens von auf die elastomeren Körper während des Betriebs der Verbindung 10 einwirkenden Zugbelastungen ausgeschaltet oder zumindest weitgehend beschränkt wird.

Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, ist die elastische Anordnung 16 mittels eines an dem Ende der Welle 12 ausgebildeten, drei-

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eckigen Flansches 52 und einer zwischen dem Flansch 52 und der Anordnung 16 angebrachten Adapterplatte 5A- an dieser Welle 12 befestigt. Die starre Adapterplatte 3k ist von länglicher Gestalt und, wie in Fig. Zf zu sehen, mit versenkten Bohrungen 56 versehen, die in der Nähe ihrer Enden durch die Platte hindurchreichen. An der Oberfläche der Platte 3k> die den Einsenkungen für die Bohrungen 56 gegenüberliegt, sind die Bohrungen 56 von je einer exzentrischen Vertiefung 58 umgeben. Die Vertiefungen 58 sind so angeordnet und dimensioniert, daß sie mit den herausstehenden Nasen 3k an den starren Teilen 26 und 30 zusammenpassen. Wenn die starren Teile 26 und 30 der Anordnung radial nach innen gedruckt werden, wird die Adapterplatte 3k so gegen die starren Teile 56 und 30 gehalten, daß die Vertiefungen 58 in der Platte die Nasen 3k der starren Teile aufnehmen können. Eine Schraube 60 mit Senkkopf 62 wird in jede der versenkten Bohrungen 56 in der Adapterplatte 3k eingesetzt und die Schrauben werden in die Gewindelöcher 32. der starren Teile 26 und 30 unter Benutzung von z.B. einem Innensechskant-Stiftschlüssel festgezogen* Die Adapterplatte 3k hält, wenn sie so mit den starren Teilen 26 und 30 verbunden ist, diese radial innen und in richtiger Lage zueinander fest.

Zusätzlich zu den beiden versenkten Bohrungen 56 sind in der Adapterplatte 3k auch drei kleinere Gewindelöcher 63 angebracht. Die Bohrungen 63 (von denen eine in Fig. k zu sehen ist)sind gegenüber den Bohrungen 56 versetzt und so angeordnet, daß sie mit drei in dem dreieckigen Flansch 52 ausgebildeten öffnungen 65 ausgerichtet sind. In jede der Öffnungen 65 wird eine Sicherungsschraube Gk mit Sechskantkopf eingesetzt und in die damit ausgerichtete Bohrung 63 eingeschraubt. Die Schrauben Gk befestigen den dreieckigen

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Flansch 52 und die Drehwelle 12 sicher an der Adapterplatte 54 und der elastischen Anordnung 16· Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der mittlere Abschnitt der Adapterplatte 5A- von der benachbarten Endfläche der elastischen Anordnung 16 abgehoben, damit eine Relativbewegung zwischen den Teilen der Anordnung möglich ist.

Die elastische Anordnung 16 ist an der Drehwelle 14 mittels eines Verbindungsteils 66, wie in Fig. 3 gezeigt, befestigt. Das Verbindungsteil 66 umfaßt einen hohlen Wellenstummel 68 mit einer in Längsrichtung angebrachten inneren Verzahnung Zwei einander/entgegengesetzt angeordnete Arme 72 erstrecken sich von dem Wellenstummel 68 in der Nähe eines seiner Enden radial nach außen· Eine kreisförmige Öffnung 74» ist, wie in Figo 4 zu sehen, durch jeden der Arme 72 hindurch ausgebildet. Die der elastischen Anordnung 16 zugewandte Oberfläche jedes Armes 72 besitzt zwei, die Öffnungen 74 in den Armen exzentrisch umgebende Vertiefungen 76. Die Vertiefungen 76 sind so angebracht und dimensioniert, daß sie mit den erstehenden Nasen 3h an den starren Teilen 24 und 28 zusammenpassen und diese aufnehmen, wenn die starren Teile radial nach innen versetzt sind. Eine Sicherungsschraube 78 mit einem Innensechskantkopf wird in jede der Öffnungen 7A- eingesetzt und in die entsprechende Gewindebohrung 32 unter Benutzung beispielsweise eines Sechskant-Siftschlüssels eingeschraubt. Der sich dadurch ergebende Paßeingriff zwischen den vorstehenden Nasen 34 an den Oberflächen der starren Teile 24 und 28 und den Vertiefungen 76 in den Oberflächen der Arme des Verbindungsstückes 72. hält die starren Teile 24 und 28 in der richtigen Stellung zueinander und in radialer Richtung. Die Bolzen 78 stellen den Eingriff zwischen den Vertiefungen 76 und den Fasen 34 sicher.

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Die Drehwelle 1ij- besitzt eine -"-''ortsetzung 80 mit verringertem Durchmesser und einer gezähnten Außenfläche 82. Die mit Zähnung versehene Fortsetzung 80 ist innerhalb des innenverzahnten Wellenstummel 68 eingepaßt. Auf diese Weise kann eine Drehbewegung vom Verbinder 66 auf die Welle M\- oder umgekehrt über die zusammengepaßten Verzahnungen des Wellenstummels 68 und der Wellenfortsetzung 80 übertragen werden. Wie aus Fig. l± zu ersehen, ist das Ende des Wellenstummels 68 von der benachbarten Endfläche der elastischen Anordnung 16 abgehoben, um eine Relativbewegung zwischen den Bestandteilen der Anordnung zu ermöglichen.

Wenn die Antriebsübertragung 10 so zusammengebaut ist, wie es in Figo 1 bis if gezeigt ist, kann sie eine Drehbewegung zwischen der Welle 12 und der Welle li}· übertragen. Eine Drehbewegung ergibt wegen des aufgebrachten Drehmomentes je nach Drehrichtung auf alternierende Paare der elastomeren Körper 36 bis 50 eine Druckspannung. Wird beispielsweise die Y/elle 12 in der Darstellung in Fig. 2 im Uhrzeigersinn gedreht, so werden die elastomeren-Körper 36, 38, 1^- und ^6 mit einer höheren Druckspannung beaufschlagt als die übrigen elastomeren Körper. Die auf alle elastomeren Körper 36 bis 50 aufgebrachte Vorspannung.in Druckrichtung verhindert jedoch, daß auf die elastomeren Körper ^t-O, 1\Ζ, i+8 und 50 eine Zugbelastung aufgebracht wird, insbesondere beim Anlauf der Verbindung. Eine relative Axialbewegung zwischen den Wellen 12 und lif ergibt eine Scherbelastung der elastomeren Körper 36 bis Wegen der Freiräume zwischen der Adapterplatte 5*f und der elastischen Anordnung 16 und zwischen dem Verbinder 66 und der elastischen Anordnung 16 ist eine relative Axialbewegung möglich.

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Winkelabweichungen zwischen den Wellen 12 und 1Zf ergeben vorteilhaftervveise nur Scherbelastungen der elastomer en Körper 36 bis 50 in Ebenen, die radial zur Verbindung 10 gerichtet sind. Wird z.B. das linke Ende der Welle 12 nach der Darstellung in Fig. 1 nach unten geneigt, so wird das starre Teil 30 in Fig. 1 nach links gezogen, während das starre Teil 26 in Fig. 1 nach rechts gestoßen wird. Eine solche Bewegung der starren Teile 26 und 30 kann durch Scherverformung der elastomeren Körper 36, 50, h,Z und ZfZf aufgenommen werden, wobei nur eine relativ unbedeutende Belastung auf die ela tomeren Körper 38, ZfO, Zj.6 und Zf8 ausgeübt wird. Wenn die Welle 12 eine Viertelumdrehung nach Fig. 2 im Uhrzeigersinn wei_tergedreht wird und das starre Teil 28 in die oberste Stellung kommt, führt die Winkelabweichung der Welle 12 gegenüber der 'Welle 1Zj. dazu, daß nach der Darstellung in Fig. 1 das Teil 28 sich nach rechts bewegen muß und das starre Teil 32. nach links. Eine solche Bewegung der starren Teile 28 und 32 kann in erster Linie durch eine Scherabbiegung der elastomeren Körper Zf6, 48, 38 und ZfO aufgenommen werden. Bei irgendeiner Drehausrichtung der Verbindung 10 zwischen den Drehstellungen, die gegeneinander um eine Vierteldrehung verschoben sind, kann eine Winkelabweichung der Wellen in erster Linie durch eine Kombination von Scherausbiegungen aller elastomeren Körper 36 bis 50 aufgenommen werden. Trotz der Neigung der elastomeren Körper,in Scherrichtung auszubiegen, kann eine Spannbelastung der elastomeren Körper nicht vollständig vermieden werden.

Die Torsionssteifheit der Verbindung 10 und das Verhältnis Spannungssteifheit zu Schersteifheit der elastomeren Körper 36 bis 50 kann dadurch beträchtlich erhöht werden, daß in

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jedem elastomeren Körper eine oder mehrere Einlagen oder Platten 84 aus einem nicht dehnbaren Material, z.B. Stahl, eingelegt werden. Wie der Fachmann weiß, erhöhen steife Schichten in einem Körper aus elastomerem Material die Drucksteifheit des elastomeren Körpers, ohne die Schersteifheit oder den Widerstand gegen Scherbelastung merklich zu beeinflussen. Da die Spannungsbelastungen, die durch die starren Teile 24 bis 30 während der Drehung der flexiblen Verbindung bei einer Winkelabweichung der Wellen 12 und I4 auf die elastomeren Körper übertragen werden können, eine Kombination aus Scher- und Druckbelastungen darstellen, erhöht die Hinzufügung der starren Schichten 84 die "Spannungs"-Steifheit der elastomeren Körper. Die Anzahl der in

sicn

jeden elastomeren Körper hinzugefügten Scheiben kann/, je nach dem gewünschten itastieg der "Spannungs"-Steifheit des elastomeren Körpers gegenüber seinem Originalzustand ändera. Die Scheiben 84 sollten im allgemeinen längs der Radien des Kreises liegen, der durch den Außenumfang der elastischen Anordnung 16 gebildet wird. Die Scheiben 84 können wie dargestellt keilförmig ,oder sie können flach sein. Keilförmige Scheiben sollten ihre größte Breite in der Nähe des Außenumfangs der elastischen Anordnung 16 besitzen und gegen die Mitte der Anordnung hin abnehmen. Keilförmige Scheiben 84 ergeben kleinste Unterschiede in durch Druck erzeugten Verformungen zwischen der radialen Außenfläche jedes elastomeren Körpers und der radial inneren Oberfläche des Körpers.

Eine richtige Wirksamkeit der Verbindung 10, bei der Winkelabweichungen der Wellen 12 und 14 in erster Linie durch Scheren der elastomeren Körper 36 bis 50 aufgenommen werden, hängt nicht nur von einem beträchtlich hohen Verhältnis der "Spannungs-ⁿSteifheit zur Schersteifheit in jedem der elasto-

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meren Körper 36 bis 50 ab, sondern auch davon, daß nur zwei diametral gegenüberliegende Verbindungspunkte zwischen jeder Welle und der elastischen Verbindungsanordnung 16 vorhanden sind. Wenn, wie beispielsweise bei der Verbindung nach US-PS 3 902 333 zusätzliche in Umfangsrichtung mit Abstand versehene Verbindungspunkte benutzt werden, so wird die Möglichkeit, Winkelabweichungen durch Scheren der elastomeren Körper aufzunehmen, beträchtlich eingeschränkt.

Zusätzlich zur Möglichkeit, Winkelabweichungen und Axialbewegungen zwischen den beiden Wellen 12 und 1Zf aufzunehmen, kann die Verbindung 10 auch axiale Versetzungen oder nichtkoaxiale parallele Ausrichtungen der Wellen aufnehmen. Wenn beispielsweise die Welle 12 parallel zur Welle 1Zf. nach Darstellung der Fig. 1 nach oben versetzt, aber nicht geneigt wäre, so würde diese Bewegung in erster Linie durch Ablenkung der elastomeren Körper 36, Zf2, Zflf und 50 aufgenommen. Die elastomeren Körper 36 und 50 würden in erster Linie einer Scherung unterliegen, während die elastomeren Körper Zf2 und ZfZf mit einer Verbindung von Scher- und Druckbelastung beaufschlagt würde. Die Keilwirkung zwischen dem sich nach innen verjüngenden Element 26 und den benachbarten, sich verjüngenden Armen 20b und 20c des Drehkreuzes 18 verursacht die Druckbelastungen auf den elastomeren Körpern 4 2 und 4Zf und begrenzt die Größe der axialen Abweichung, die durch die Verbindung 10 aufgenommen werden kann. Größere axiale Abweichungen oder radiale Versetzungen zwischen den Wellen 12 und 1Zf. können dann aufgenommen werden, wenn die sich verjüngende Form der starren Elemente 2Zf. bis 30 in eine rechtwinklige Form umgewandelt wird. Dann kann eine axiale Abweichung nur durch Scherverformung der elastomeren Körper

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aufgenommen werden, und sie ist in ihrer Größe nur durch den freien Raum zwischen den radial innenliegenden Kanten der starren Teile und der Nabe 22 des Drehkreuzes 18 begrenzt. Auch die durch die Nabe 22 des Drehkreuzes 18 herbeigeführte Begrenzung kann dadurch beseitigt werden, daß die Arme 20a bis d starr mit einer die Anordnung 16 umgebenden Außennabe verbunden werden und die innerhalb der Anordnung 16 angeordnete Nabe 22 weggelassen wird.

Im Rahmen der Erfindung sind noch weitere Änderungen denkbar; beispielsweise können die Verbindungsteile, die die starren Teile 2/+, 26, 28 und 30 mit den Wellen 12 und 1 i+ verbinden, so geändert werden, daß sie jedem besonderen Zweck entsprechen können, wenn nur zwei in Umfangsrichtung voneinander mit einem Abstand versehene Verbindungsstellen an diametral einander gegenüberliegenden Stellen vorgesehen sind, die jede Welle mit der elastischen Verbindungsanordnung 16 verbinden.

- Patentansprüche 709821/0336

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   ί 1« Antriebsverbindung für eine erste und eine zweite '■--' Drehwelle, gekennzeichnet durch

   a) ein starres Teil mit vier koplanaren, sich in Radialrichtung erstreckenden Armen, wobei benachbarte Arme senkrecht zueinander ausgerichtet sind,

   b) ein zwischen jeweils zwei zueinander senkrecht gerichteten Armen angeordnetes starres Element, und

   c) je einen zwischen jedem starren Element und jedem benachbarten Arm des vierarmigen Teils angexest

   ordneten und mit beiden/verbundenen elastomeren Körper,

   wobei ein erstes Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente zur Verbindung mit der ersten Drehwelle und ein zweites Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente zur Verbindung mit der zweiten Drehwelle eingerichtet sind.
2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elastomere Körper gegen eine parallele Relativbewegung zwischen einem starren Element, an dem er befestigt ist und einem Arm des vierarmigen Teils, an dem er befestigt ist, weniger Widerstand leistet, als gegen eine Relativbewegung des starren Körpers gegenüber dem Arm des vierarmigen Teils, die von einer Drehung des starren Elementes relativ zu" dem Arm des vierarmigen Teils um eine durch das starre Element und ein diametral entgegengesetzt liegendes starres Element gehende Achse hervorgerufen wird.

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3. 3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elastomere Körper mindestens eine Einlage aus einem im Vergleich zum Elastomer des Körpers im wesentlichen nicht dehnbaren Material in sich eingebettet enthält.
4. l\._a Verbindung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß jede Einlage in der Nähe des Außenumfangs der Verbindung am stärksten ist und in Radialrichtung zur Mitte der Verbindung hin verjüngt ist.
5. 5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elastomere Körper zwischen einem starren Element und einem Arm des vieraraiigen Teils in Druckrichtung vorgespannt ist.
6. 6. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Körper mit den starren Elementen und den Armen des vierarmigen Teils flächig verbunden sind.
7. 7» Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierarmige Teil ein Drehkreuz ist.
8. 8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes starre Element zwischen den benachbarten Armen des vierarmigen Teils mit gleichen Abständen angeordnet ist.
9. 9. Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jedes starre Element, jeder Arm des vierarmigen Teils und jeder elastomere Körper von

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   im allgemeinen keilförmiger Gestalt ist, wobei das größere Ende der Keilform in der Nähe des Außenumfangs der Verbindung und das kleinere Ende der Keilform in Radialrichtung näher an der Mitte der Verbindung angeordnet ist.
10. 10. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente mit dem zweiten Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente nur durch die elastomeren Körper und die Arme des vierarmigen Teils verbunden sind, wobei die elastomeren Körper die einzigen Verbindungen zwischen den starren Elementen und dem vierarmigen Teil darstellen.
11. 11. Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die das erste Paar einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente starr miteinander verbinden und durch Einrichtungen, die das einander entgegengesetzt angeordnete zweite Paar starrer Elemente starr miteinander verbinden.
12. 12. Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Körper zwischen den starren Elementen und den benachbarten Armen des vierarmigen Teils in Druckrichtung vorgespannt sind, wobei die Verbindungseinrichtungen die Vorspannung der elastomeren Körper aufrechterhalten.

    13o Antriebsverbindung für erste und zweite Drehwellen, dadurch gekennzeichnet, daß

    a) ein starres Drehkreuz mit vier koplanaren, sich in radialer Richtung erstreckenden Armen angeordnet ist,

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    bei dem benachbarte Arme senkrecht zueinander gerichtet sind,

    b) je ein starres Element zwischen zwei senkrecht zueinander gerichteten Armen des Drehkreuzes angeordnet ist und von diesen Armen gleiche Abstände aufweist, und

    c) zwischen jedem starren Element und dem jeweiligen benachbarten Arm des Drehkreuzes ein elastomerer Körper angeordnet und mit diesen Teilen flächig verbunden ist,

    daß jedes starre Element, jeder Drehkreuzarm und jeder elastomere Körper von im allgemeinen keilförmiger Gestalt ist und sich von einem Außenumfang der Verbindung gegen die Mitte der Verbindung hin verjüngt, daß ein erstes Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter, starrer Elemente dazu eingerichtet ist, mit der ersten Drehwelle verbunden zu werden, und daß ein zweites Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente dazu eingerichtet ist, mit der zweiten Drehwelle verbunden zu werden, daß das erste Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter starrer Elemente mit dem zweiten Paar diametral einander entgegengesetzt angeordneter steifer Elemente nur durch die elastomeren Körper und die Arme des Drehkreuzes verbunden ist, wobei die elastomeren Körper die einzigen Verbindungen zwischen den starren Elementen und dem Drehkreuz bilden,

    Antriebsverbindung für eine erste und eine zweite Drehwelle, dadurch gekennzeichnet, daß

    a) eine kreisförmige Anordnung aus acht starren Abschnitten, die sich in Umfangsrichtung mit acht elastomeren Abschnitten abwechseln, vorgesehen ist,

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    i) daß ein erstes Paar diametral entgegengesetzt angeordneter starrer Abschnitte dazu eingerichtet ist, mit der ersten Drehwelle verbunden zu werden,

    ii) daß ein zweites Paar diametral entgegengesetzt angeordneter starrer Abschnitte dazu eingerichtet ist, mit der zweiten Drehwelle verbunden zu werden, wobei jeder starre Abschnitt des zweiten Paares in Umfangsrichtung um 90° gegen jeden stai ren Abschnitt des ersten Paares versetzt ist,

    iii)daß jeder starre Abschnitt eines dritten und eines vierten Paars diametral einander entgegengesetzter Abschnitte so angeordnet ist, daß sie zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten starren Abschnitten des ersten und des zweiten Paars mit gleichen Abständen versehen sind, und

    iv) daß jeder der acht elastomeren Abschnitte mit einem starren Abschnitt des ersten und des zweiten Paars starrer Abschnitte und mit einem starren Abschnitt des dritten und des vierten Paars starrer Abschnitte flächig verbunden ist, wobei die elastomeren Abschnitte der kreisförmigen Anordnung die einzige Verbindung zwischen den starren Abschnitten des ersten und des zweiten Paars starrer Abschnitte und den starren Abschnitten des dritten und des vierten Paars starrer Abschnitte darstellen und das erste Paar starrer Abschnitte mit dem zweiten Paar starrer Abschnitte nur durch die elastomeren Abschnitte des dadurch gebildeten Ringes und die starren Abschnitte des dritten und vierten Paars starrer Abschnitte verbunden sind,

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    b) daß Einrichtungen auf der einen Seite der kreisförmigen Anordnung das erste Paar starrer Abschnitte der Anordnung mit der ersten Drehwelle verbinden, wobei die erste Drehwelle mit der kreisförmigen Anordnung nur über das erste Paar starrer Abschnitte verbunden ist,und

    c) daß Einrichtungen auf der anderen Seite der kreisförmigen Anordnung das zweite Paar starrer Abschnitte der Anordnung mit der zweiten Drehwelle verbinden, wobei die zweite'Drehwelle mit der kreisförmigen Anordnung nur über das zweite Paar starrer Abschnitte verbunden ist«,

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