DE3033940C2 - Elastische Wellenkupplung - Google Patents

Description

40

Elastische Wellenkupplung mit einer senkrecht zur Kupplungsachse angeordneten Ringscheibe mit über den Umfang gleichmäßig verteilten, axial gerichteten Ausnehmungen, in denen je ein axial gerichteter Mitnehmer zur abwechselnden Befestigung mit den beiden Kupplungshälften unmittelbar an einer quer zur Umfangsrichtung verlaufenden Begrenzungsfläche der Ausnehmung angeordnet ist, während der Raum zwischen dem Mitnehmer und einer anderen, quer zur Umfangsrichtung der Kupplung gerichteten Begrenzur.gsfläche der Ausnehmung von einem Elastomerkörper ausgefüllt ist.

Ringförmige elastische Wellenkupplungen dienen zur Verbindung zweier rotierender Wellen und bestehen aus Trägerelementen und die Trägerelemente untereinander verbindenden elastischen Stegen aus einem polymeren Werkstoff. Als polymerer und elastischer Werkstoff wird in erster Linie ein Elastomer eingesetzt, welches aufgrund seiner guten elastischen Verformbarkeit ein gutes Federungs- und Dämpfungsverhalten besitzt. Durch die Belastung der Wellenkupplungen auf vor allem Verdrehung, Axialverschiebung, Beugung und Desachsierung der verbundenen Wellen zueinander im Fahrbetrieb entstehen in den Gummisäulen sowohl Biegespannungen als auch Zug- und Druckspannungen. Im wesentlichen wird im Fahrbetrieb die Wellenkupplung auf Verdrehung der beiden Wellen zueinander belastet, so daß bei gleichem Drehsinn die eine Hälfte der Säulen konstant auf Druck und die andere Hälfte der Säulen konstant auf Zug belastet wird. Während bekantlich Elastomere auch höheren Druckbelastungen ohne Zerstörungen standhalten können, führen Dauerzugbeanspruchungen leicht zu Rissen und nachfolgenden Zerstörungen der auf Zug belasteten Säulen, so daß es schließlich zu einem Ausfall der gesamten Kupplung kommen kann.

Üblicherweise werden daher zur besseren Zugbeanspruchbarkeit die Wellenkupplungen unter radialer Druckvorspannung eingebaut, so daß im Fahrbetrieb bei normaler Belastung alle Gummisäulen auf Druck belastet sind und lediglich Belastungsspitzen zu relativ geringen Zugbelastungen in den sogenannten Zugsäulen führen. Solche Maßnahmen sind allerdings insbesondere im Hinblick auf die Herstellung und Montage relativ aufwendig und teuer, und auch der zerstörungsfreien Zugbelastbarkeit der Säulen sind Grenzen gesetzt.

Ebenso hat man versucht, durch konstruktive Maßnahmen die Belastbarkeit der Gummisäulen zu erhöhen. So werden die Gummisäulen mit Durchbohrungen oder Einkerbungen versehen, damit sie stärker dehnbar sind. Ferner werden die Gummisäulen mit Gewebeein- oder -auflagen verstärkt, oder es werden Metallein- oder -auflagen verwendet, um die bei Belastung mit Elastomer freiwerdenden Wärmemengen schneller nach außen abzuleiten. Diese Maßnahmen werden dabei gegebenenfalls ausschließlich an den im Hauptdrehsinn auf Zug belasteten Säulen vorgenommen. Allerdings sind solche Änderungen ebenfalls relativ aufwendig und kostspielig, und der so erzielbaren Verbesserung der Zugbelastbarkeit sind Grenzen gesetzt.

Nach beispielsweise der DE-OS 27 52 445 und der DE-AS 12 32412 benutzt man elastische Wellenkupplungen mit der Befestigung der Wellenenden dienenden Hülsenfedern. Diese Hülsenfedern bestehen dabei aus zwei meist konzentrisch ineinanderliegenden starren Hülsen mit den Zwischenraum so ausfüllenden Gummikörpern, daß diese sich unter Belastung in zusätzlich vorhandene Hohlräume verformen können. Um eine Gefahr der Zerstörung dieser Gummikörper durch die drehmomentbedingt auftretenden Kräfte möglichst gering zu halten, wird nach der DE-OS 27 52 445 der elastische Verformungsweg der inneren, der Befestigung dienenden Hülse durch Anschläge begrenzt. Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel der DE-OS 27 52 445 sind dabei die Hülsen exzentrisch so ineinanderliegend angeordnet, daß die innere Hülse den Mantel der äußeren Hülse, bezogen auf die Drehrichtung, an der vorderen Innenseite tangiert. Bei diesen Anordnungen wird zwar die Übertragung von durch Desaxierung und Beugung verursachten Schwingungen verhindert, die drehelastische Wirkung der Hülsenfedern wird aber wesentlich begrenzt, so daß sie im Falle des speziellen Ausführungsbeispieles sogar praktisch gleich Null ist.

Andererseits besitzen insbesondere faserverstärkte Kunststoffe gegenüber einem Elastomer erheblich verbesserte Zugfestigkeiten. Die bekannten ringförmigen elastischen Wellenkupplungen statt aus einem Elastomer aus solchen Kunststoffen herzustellen, führt aufgrund der geringen Elastizität der Kunststoffe zu sehr verdrehsteifen Wellenkupplungen, die in der Praxis nicht verwendet werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elastische Wellenkupplung unter Ver-

wendung von zugfesten, aber an und für sich unelastischen Eigenschaften zu schaffen, welche insbesondere eine geeignete Verdrehelastizität bei gleichzeitig wesentlich höherer Belastbarkeit und geringeren Fertigungskosten besitzt. Die elastische Wellenkupplung soll besonders vorteilhaft ohne radiale Druckvorspannung anwendbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine ringförmige Wellenkupplung aus einem vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Pingkörper gelöst, in deren Ausnehmungen die Mitnehmer durch Elastomerkörper gegen die Innenflächen der Ausnehmungen gepreßt werden, und in der die radial äußeren und inneren Begrenzungen der Ausnehmungen als zum Ringkörper gehörende, in radialer Richtung bogenförmige und dadurch elastisch verformbare Stege ausgebildet sind. Die Ausnehmungen sind bevorzugt axiale Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt, so daß bei Belastung unter Druck oder Zug deren Querschnitt elliptisch wird. Zusätzlich ."allen Elastomerkörper und Trägerkörper jede Ausnehmung nur so weit aus, daß in jeder Ausnehmung radial nach außen und innen Hohlräume bestehen bleiben, in die die Stege sich ungehindert verbiegen können.

Die Elastomerkörper sind dabei bevorzugt in den Ausnehmungen so angeordnet, daß sie im Fahrbetrieb im normalen Drehsinn im wesentlichen auf Druck beansprucht werden. Die Trägerkörper sind bevorzugt zylindrische Metallhülsen, die am Ringkörper gegebenenfalls durch Klebung befestigt sind. Für den J0 Ringkörper wird bevorzugt faserverstärktes Kunstharz eingesetzt, im Sinne der Erfindung kann jedoch stattdessen auch Stahl oder auch Sondergußeisen verwendet werden.

Durch die Erfindung ist somit eine ringförmige J5 elastische Wellenkupplung geschaffen, welche durch die Verwendung von vorzugsweise faserverstärkten Kunststoffen wesentlich höheren Zugbelastungen als die bisher eingesetzten Wellenkupplungen standhalten kann.

Die elastischen Eigenschaften der Kupplung werden bestimmt durch

1. die durch die Ausnehmungen im Ringkörper radial außen und innen entstandenen Stege, die sich unter Zug- oder Druckbelastung insbesondere aufgrund der vorhandenen Hohlräume in den Ausnehmungen radial nach außen oder innen verbiegen,

2. die in die Ausnehmungen eingebrachten Elastomerkörper.

Die durch die Ausnehmungen entstandenen Stege im Ringkörper wirken dabei wie eine Blattfeder und dämpfen Verdrehbewegungen der Wellen unter Biegebeanspruchung elastisch federnd ab. Der Elastomerkörper in der Ausnehmung verstärkt diesen Effekt, und da er nicht auf Zug beansprucht wird, hält er auch größeren Belastungen der Wellenkupplung ohne Zerstörung stand. Der Elastomerkörper dämpft zugleich elastisch federnd die durch Desachsierung, Beugung und Axialverschiebung der Wellen zueinander relativ kleinen, entstandenen Biegebelastungen ab, ohne daß diese auf den Ring zerstörend übertragen werden. Da die Kennlinien von elastischen Wellenkupplungen je nach Anwendungsfall unterschiedlich sind, müssen daher Anordnung und Dimensionierung der elastischen Glieder je nach geforderter Kennlinie variiert werden.

Durch die Erfindung ist somit eine elastische Wellenkupplung mit verbesrerten elastischen Eigenschaften bei gleichzeitig wesentlich erhöhter Belastbarkeit und geringen Fertigungskosten geschaffen. Besonders vorteilhaft kann die elastische Wellenkupplung ohne radiale Dpickvorspannung eingesetzt werden

Die Abbildung eriäutert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zeigt die erfindungsgemäße Wellenkupplung in Aufsicht.

In der Abbildung ist 1 der Kunststoffring mit sechs axialen Bohrungen 2, deren Achsen auf einer Kreisbahn 11 um das Zentrum 4 des Kunststoffringes 1 liegen. Sie sind in gleichmäßiger Abständen im Kunststoffring 1 angeordnet, so daß die verbindenden Kunststoffringsegmente 5 Säulen gleicher Länge bilden, von denen je zwei mit ihren Stirnflächen eine Bohrung 2 begrenzen. In jede der Bohrungen 2 sind je eine zylindrische Metallhülse 6 als Trägerkörper und ein Elastomerkörper 7 so eingepreßt, daß der Elastomerkörper 7 an der Stirnfläche des ersten Kunststoffringsegmentes 5 aufliegt und die Metallhülse gegen die gegenüberliegende Stirnfläche des zweiten Kunststoffringsegmentes 5 preßt. Jede Bohrung 2 besitzt zwei Hohlräume 8, 9 mit axialer Ausdehnung. Die Achsen 10 der Metallhülsen 6 sind exzentrisch in den Bohrungen 2 angeordnet, und die Elastomerkörper 7 werden im Drehsinn 12 im Fahrbetrieb im wesentlichen auf Druck belastet. Die durch die axialen Bohrungen 2 im Kunststoffring gebildeten, radial äußeren und inneren Stege 13, 14 werden entsprechend ihrer Zug- oder Druckbelastung im Fahrbetrieb nach außen oder innen gebogen, so daß die axialen Bohrungen 2 unter Bildung von Zylindern mit elliptischem Querschnitt verformt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elastische Wellenkupplung mit einer senkrecht zur Kupplungsachse angeordneten Ringscheibe mit über den Umfang gleichmäßig verteilten, axial gerichteten Ausnehmungen, in denen je ein axial gerichteter Mitnehmer zur abwechselnden Befestigung mit den beiden Kupplungshälften unmittelbar an einer quer zur Umfangsrichtung der Kupplung verlaufenden Begrenzungsfläche der Ausnehmung ίο anliegend angeordnet ist während der Raum zwischen dem Mitnehmer und einer anderen, quer zur Umfangsrichtung der Kupplung gerichteten Begrenzungsfläche der Ausnehmung von einem Elastomerkörper ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (6) durch die Elastomerkörper (7) gegen die Innenflächen der Ausnehmungen (2) gepreßt werden, und daß die radial äußeren und inneren Begrenzungen der Ausnehmungen (2) als zum Ringkörper (5) gehörende, in radialer Richtung bogenförmige und elastisch verformbare Stege (13,14) ausgebildet sind.

2. Elastische Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elastomerkörper (7) und Mitnehmer (6) jede Ausnehmung (2) so ausfüllen, daß je ein radial äußerer und innerer Hohlraum (8,9) in der Ausnehmung besteht.

3. Elastische Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Ringscheibe (1) ein faserverstärktes Kunstharz verwendet ist.

4. Elastische Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (6) eine zylindrische Metallhülse ist, die mil der sie berührenden Innenfläche der Ausnehmung(2)durch Kleben verbunden ist.