DE3218521C2 - Torsionally elastic rotational body and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Ein ringförmiger drehelastischer Rotationskörper, wie insbesondere eine elastische Wellenkupplung, entsprechend der Abbildung, mit an den Ecken zur alternierenden Befestigung der zu verbindenden Wellen angeordneten Trägerelementen und dazwischen angeordneten Elastomersäulen, ist in den Elastomersäulen durch überwiegend in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern, vorzugsweise kurzer bis mittlerer Länge, verstärkt. Bei der Herstellung werden zunächst aus den faserverstärkten Kautschukmischungen Elastomerschnüre mit entsprechend ausgerichteter Faser geformt und bis zur Formstabilität aber zu einem noch plastischen Zustand vorvulkanisiert. In mehreren Lagen werden diese vorvulkanisierten Elastomerschnüre um die lagerichtig angeordneten Trä ger elemente zur Formung des drehelastischen Rotationskörpers gewickelt, so daß durch die anschließende Vulkanisation auf die gewünschte Endstufe unter gegebenenfalls der zusätzlichen Verwendung von Haftmitteln durch Zusammenvulkanisation der Elastomerschnüre ein einheitlicher Elastomerkörper hoher Zugfestigkeit gebildet wird.An annular torsionally elastic rotational body, such as in particular an elastic shaft coupling, according to the figure, with support elements arranged at the corners for alternating fastening of the shafts to be connected and elastomer columns arranged in between, is in the elastomer columns by predominantly circumferentially oriented fibers, preferably short to medium length, reinforced. During production, elastomer cords with appropriately aligned fibers are first formed from the fiber-reinforced rubber mixtures and then pre-vulcanized to a still plastic state until they are dimensionally stable. In several layers, these pre-vulcanized elastomer cords are wrapped around the correctly positioned Trä ger elements to form the torsionally elastic body of revolution, so that a uniform elastomer body with high tensile strength is formed by the subsequent vulcanization to the desired final stage with the additional use of adhesives, if necessary, by vulcanizing the elastomer cords together.
Description
Die Erfindung betrifft einen drehelastischen Rotationskörper insbesondere für eine elastische Wellenkupplung, bestehend aus einem vorzugsweise polygonalen Elastomerring, in den starre Trägerelemente über den Umfang verteilt eingelagert sind, die abwechselnd mit der treibenden und der getriebenen Welle verbindbar sind, wobei jedes zweite Trägerelemenl als Arm eines Nabensternes ausgebildet sein kann, und wobei der Elastomerring aus um die Trägerelemente gewickelten, zu einem Ring verbundenen Fasersträngen besieht, die von Elastomer eingehüllt sind und im wesentlichen tangential zur Rotationsachse gerichtete Fasern enthalten, oder einen Drchschwingungstilger, bei dem zwischen Flanschring und einem koaxialen Schwungring ein Elastomerring angeordnet ist, sowie das Verfahren zur Herstellung.The invention relates to a torsionally elastic body of revolution especially for an elastic shaft coupling, consisting of a preferably polygonal one Elastomer ring, in which rigid support elements are embedded distributed over the circumference, which alternate are connectable to the driving and the driven shaft, with every second support element as an arm a hub star can be formed, and wherein the elastomer ring made of wound around the carrier elements, provided to a ring connected fiber strands which are encased by elastomer and substantially contain fibers directed tangentially to the axis of rotation, or a torsional vibration damper in which between Flange ring and a coaxial flywheel, an elastomer ring is arranged, as well as the method for the production.
Drehelastische Wellenkupplungen werden im Fahrbetrieb auf Verdrehung der beiden verbundenen Wellen zueinander belastet, so daß abwechselnd die eine Hälfte der die Trägerelemente verbindenden Polymersäulen auf Druck und die andere Hälfte der Polymersäulen entsprechend auf Zug belastet wird. Da bekanntlich die als Polymere hauptsächlich eingesetzten Elastomere stärker auf Druck als auf Zug zerstörungsfrei beanspruchbar sind, werden bei elastischen Wellenkupplungen Maßnahmen zur Erhöhung der Zugbelastbarkeit der Elastomersäulen durchgeführt So werden elegischeTorsionally flexible shaft couplings are used during driving loaded on rotation of the two connected shafts to each other, so that one half alternates of the polymer columns connecting the support elements on pressure and the other half of the polymer columns is loaded accordingly on train. As is well known, the elastomers mainly used as polymers can be stressed non-destructively in compression than in tension, are with elastic shaft couplings Measures taken to increase the tensile strength of the elastomer columns
ίο Wellenkupplungen unter radialer Druckvorspannung montiert, oder es werden die Elastomersäulen konstruktiv geändert. Diese Maßnahmen führen zwar zu sehr guten Verbesserungen der Zugbelastbarkeit, und sie haben sich in der Praxis bewährt, sie reichen jedoch nicht ffir extreme Belastungen, wie sie im Fahrbetrieb auftreten können, völlig aus.ίο Shaft couplings under radial pressure pretension mounted, or the elastomer columns are structurally changed. These measures lead too much good improvements in tensile strength, and they have proven themselves in practice, but they are not enough for extreme loads, such as those that occur when driving can, completely.
Andererseits ist es auch bekannt, daß in die Elastomerkörper eingelagerte Fasern, Bänder oder Gewebe die Festigkeit wesentlich steigern. So werden beispielsweise nach der DE-OS 14 25 246 Fäden und Gewebebänder in den Elastomerkörper eingelagert die schlingenartig und rundumlaufend um die Trägerkörper gewickelt sind. Nach dem DE-GM 16 88 879, der FR-PS 6 86 307 und der DE-OS 29 45 469 bestehen die drehelastischen Scheibenkörper für elastische Wellenkupplungen aus ringförmig gewickelten Schnüren, welche aus Elastomer umhüllten Fasersträngen, Kabeln oder Garnen bestehen. In diesem Fall wird jedoch die Wellenkupplung so dreh- und biegesteif, daß insbesondere bei nur kleinen Verdrehbelastungen auftretende Schwingungen nicht mehr gedämpft werden.On the other hand, it is also known that in the elastomer body embedded fibers, tapes or fabrics increase the strength significantly. For example according to DE-OS 14 25 246 threads and fabric tapes embedded in the elastomeric body like a loop and are wrapped all around the carrier body. According to DE-GM 16 88 879, the FR-PS 6 86 307 and DE-OS 29 45 469 consist of the torsionally elastic disc body for elastic shaft couplings from ring-shaped wound cords, which are made of elastomer-covered fiber strands, cables or yarns exist. In this case, however, the shaft coupling so torsionally and flexurally rigid that vibrations occur especially with only small torsional loads can no longer be dampened.
Deshalb werden beispielsweise nach der DE-PS 26 22 003 oder der DE-OS 27 05 598 elastische Hülsen als Trägerkörper verwendet, die aus einer äußeren und einer inneren Metallhülse und einer dazwischen angeordneten Elastomerfüllung bestehen. Das Elastomerkissen besorgt dann die Dämpfung bei kleinen Verdrehwinkeln, allerdings verbleibt dann auch noch ein relativ weiter, nur schlecht gedämpfter Bereich zwischen kleinen und größeren Vcrdrchwinkeln, und die elastischen Trägerkörper sind relativ aufwendig und kostspielig herzustellen.Therefore, for example, according to DE-PS 26 22 003 or DE-OS 27 05 598 elastic sleeves used as a carrier body, which consists of an outer and an inner metal sleeve and one arranged between them Consist of elastomer filling. The elastomer cushion then takes care of the damping at small torsion angles, however, there is still a relatively wide, poorly attenuated area between small ones and larger angles, and the elastic ones Carrier bodies are relatively complex and expensive to manufacture.
Nach der DE-OS 30 24 413 besteht der elastische Kupplungskörper aus einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunstharz. Nach der DE-OS 23 53 303 werden die Elastomerkörper mit kurzer Faser oder Faser mittlerer Länge verstärkt. Damit die Druckbclastbarkeit der Elastomersäulen in Umfangsrichtung erhöht wird, ohne die Biegsamkeit der Wellenkupplung wesentlich herabzusetzen, sind die Fasern in radialer Richtung zur Kupplungsachse ausgerichtet. Allerdings wird auf diese Weise die Zugbclastbarkeit der Elastomersäulen nicht wesentlich erhöht, insbesondere auch, weil die in radialer Richtung in den Elastomerkörpcr eingelagerten Fasern deren Haftung an dem metallischen Trägerkörper herabsetzen. According to DE-OS 30 24 413, the elastic coupling body consists of an optionally fiber-reinforced Synthetic resin. According to DE-OS 23 53 303, the elastomeric bodies with short fibers or fibers are medium Reinforced length. So that the compressibility of the elastomer columns is increased in the circumferential direction without to significantly reduce the flexibility of the shaft coupling, the fibers are in the radial direction to the coupling axis aligned. However, the tensile strength of the elastomer columns is not essential in this way increased, in particular because the fibers embedded in the elastomer body in the radial direction reduce their adhesion to the metallic support body.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen drehelastischcn Rotationskörper, wie insbesondere eine elastische Wellenkupplung mit hoherThe present invention is therefore based on the object of a torsionally elastic body of revolution, such as in particular an elastic shaft coupling with high
μ Zugbelastbarkeit bei geringerer Verdreh- und Biegesteifigkeit zu schaffen, so daß cxlrcmc Verdrehbclastungcn nicht mehr zu Zerstörungen der auf Zug belasteten Elaslomerkörper führen, während gleichzeitig Drehschwingungen mit kleineren, mittleren und hohen Verbs drchwinkcln gleichermaßen gut gedämpft werden. Das Herstellungsverfahren soll zugleich einfach und kostensparend sein.μ tensile strength with lower torsional and bending stiffness to create so that cxlrcmc torsional strains no longer lead to destruction of the tensile loaded elastomer body, while at the same time torsional vibrations can be muted equally well with lower, middle and high verbs drchwinkcln. That The manufacturing process should be simple and cost-saving at the same time.
drehelastischen Rotationskörper gelöst, bei dessen Verwendung als elastische Wellenkupplung der polygonale Elastomerring aus Fasersträngen besteht, die erfifidungsgemäß als Elastomerschnüre ausgebildet sind, die in einem elastomeren Grundmaterial zwischen 5 und 50% Fasern von bis zu 10 mm Länge enthalten. Bei Verwendung des drehelastischen Rotationskörpers für einen Drehschwingungstilger mit zwischen Flanschring und koaxialem Schwungring angeordnetem Elastomerring besteht der Elastomerring aus einer oder mehreren Lagen von vorvulkanisierten und nach dem Aneinanderlegen in einer Form unter Bildung eines festen Verbundes endvulkanisierten Elastomerschnüren, wobei die Elastomerschnüre in einem elastomeren Grundmaterial zwischen 5 und 50% tangential zur Rotationsachse des Drehschwingungstilgers gerichtete Fasern von bis zu 10 mm Länge enthalten.torsionally elastic body of revolution released when using it as an elastic shaft coupling, the polygonal elastomer ring consists of fiber strands, which according to the invention are designed as elastomer cords in an elastomeric base material between 5 and Contains 50% fibers up to 10 mm in length. When using the torsionally elastic body of revolution for a torsional vibration damper with an elastomer ring arranged between the flange ring and the coaxial flywheel the elastomer ring consists of one or more layers of pre-vulcanized and one after the other end-vulcanized elastomer cords in a form to form a solid bond, wherein the elastomer cords in an elastomer base material between 5 and 50% tangential to the axis of rotation of the torsional vibration damper contain directed fibers up to 10 mm in length.
Ab Fasern können anorganische oder organische Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprunges, wie Asbestfasern, Glaswollfasern, Cellulosefasern, Polyarnidfasern oder Po!yimidfasern eingesetzt werden. Bevorzugt bestehen die Elastomerkörper atv> in mehreren Lagen um die Trägerkörper gewickelten Elastomerschnüren, und die Lagen der Elastomerschnüre sind untereinander festhaltend verbunden.Ab fibers can be inorganic or organic fibers natural or synthetic origin, such as asbestos fibers, glass wool fibers, cellulose fibers, polyamide fibers or polyimide fibers are used. The elastomer bodies preferably consist of atv> Elastomer cords wound around the carrier body in several layers, and the layers of the elastomer cords are one below the other firmly connected.
Zur bevorzugten Herstellung der erfindungsgemäßen drehelastischen Rotationskörper werden die Elastomerschnüre aus einer dafür üblichen Kautschukmischung mit 5 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 30% eingelagerten Fasern kurzer oder mittlerer Länge bis etwa 10 mm in paralleler Ausrichtung zur Schnurrichtung geformt und unter Druck in einem Ofen bis zur weitgehenden Foi mstabilität, aber einer noch plastischen Konsistenz vorvulkanisiert. Mit diesen vorvulkanisierten Elastomerschnüren werden die drehelastischen Rotationskörper gewickelt, und in der Vulkanisierform unter Druck erfolgt dann die vollständige Vulkanisation bis zur gewünschten elastischen Endstufe. Unter dem Druck in der Vulkanisationsform werden die nebeneinanderliegenden Clastomerschnüre plastisch verformt, so daß sie hohlraumlos nebeneinanderliegen, und bei der Vulkanisation erfolgt dann der feste Verbund der ein/einen Elastomerschnüre durch Zusammenvulkanisieren.For the preferred production of the torsionally elastic rotational body according to the invention, the elastomer cords are used from a rubber mixture customary for this purpose with 5 to 50%, preferably 15 to 30% embedded Fibers of short or medium length up to about 10 mm are formed and aligned parallel to the direction of the cord under pressure in an oven until the film is largely stable, but pre-vulcanized to a still plastic consistency. With these pre-vulcanized elastomer cords the torsionally elastic rotational body is wound, and takes place in the vulcanizing mold under pressure then the complete vulcanization up to the desired elastic final stage. Under the pressure in the vulcanization form, the adjacent clastomer cords are plastically deformed so that they lie next to each other without cavities, and during vulcanization the solid bond of the one takes place Elastomer cords by vulcanizing them together.
Die erfindungsgemäßen drehelastischen Rotationskörper sind durch ihre Fasereinlagen in tangentialer Ausrichtung so weit verstärkt, daß Zugbelastungen auch bei größeren Verdrehwinkeln keine Zerstörungen an den Elastomerkörpern hervorrufen können. Durch das erfindungsgemäße Verwenden von Elastomcrschnüren im vorvulkoiisierten Zustand mit Fasereinlagen and das Wickeln um die Trägerkörper mit nachfolgender Endvulkanisation entsteht eine feste Bindung der Elastomerkörper an die Trägerkörper, und beim Einvulkanisieren in der Form werden hohlraumlose Elastomerkörper mit festem Verbund der Elastomerschnüre untereinander gebildet. Durch das Zusammenwirken von Elastomeren und Faserverstärkung nebeneinander werden bei der Belastung im Betriebszustand Verdrehungen von kleineren und größeren Verdrehwinkeln kontinuierlich gleichermaßen gedämpft Die bevorzugt erfindungsgemäß hergestellten drehelastischen Wellenkupplungen sind durch die Fasereinlagen biegesteifer als Wellenkupplungen ohne Fasereinlagen. Dieser Nachteil kann aber in Kauf genommen werden, da die Wellenkupplungen in modernen Fahrzeugen mit Doppelgelenkachsen eingesetzt werden, bei denen keine größeren Beugewinkd auftreten.The torsionally elastic rotational bodies according to the invention are tangential due to their fiber inserts Alignment reinforced to such an extent that tensile loads do not damage even with larger angles of rotation can cause on the elastomeric bodies. By using elastomer cords according to the invention in the pre-vulcanized state with fiber inserts and the wrapping around the carrier body with subsequent final vulcanization creates a firm bond the elastomer body to the carrier body, and when vulcanized into the mold, cavity-free elastomer bodies are created formed with a solid bond between the elastomer cords. By working together of elastomers and fiber reinforcement next to each other are twisted when loaded in the operating state Continuously equally damped by smaller and larger angles of rotation The preferred Torsionally elastic shaft couplings produced according to the invention are more rigid due to the fiber inserts as shaft couplings without fiber cores. This disadvantage can be accepted, however, since the Shaft couplings are used in modern vehicles with double joint axles, where none larger flexion angles occur.
elastischer Wellenkupplungen dient, so ist sie jedoch auch zur Herstellung anderer drehelastischer Rotationskörper, wie insbesondere von Drehschwingungstilgern, einsetzbar.is used for elastic shaft couplings, but it is also for the production of other torsionally elastic rotational bodies, such as torsional vibration absorbers in particular, applicable.
Die Erfindung wird anhand der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert, und zwar zeigtThe invention is explained in more detail on the basis of the preferred exemplary embodiments shown in the figures explained, namely shows
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wellenkupplung,F i g. 1 shows a cross section through a shaft coupling according to the invention,
Fig.2 einen Längsschnitt durch eine Wellenkupplung der F ig. 1 in der Linie H-Il,2 shows a longitudinal section through a shaft coupling of FIG. 1 in the line H-Il,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Wellenkupplung, F i g. 3 a longitudinal section through a further shaft coupling,
Fi g. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Wellenkupplung, Fi g. 4 shows a cross section through a further shaft coupling,
F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Wellenkupplung der F i g. 4 in der Linie,F i g. 5 shows a longitudinal section through the shaft coupling of FIG. 4 in line,
F i g. 6 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger.F i g. 6 shows a cross section through a torsional vibration damper according to the invention.
In F i g. 1 ist 1 eine elastische Wellenkupplung mit sechs an den Ecken eines polygonalen Elastomerringes angeordneten Trägerelementen 2. Um die Trägerelemente 2 sind nebeneinanderliegend drei Elastomerschnüre 3, 4, 5 mit der Faserverstärkung 6 e.us kurzer Faser gewickelt. Die Elastomerschnürs 3,4,5,6 sind im vorpolymerisierten und noch plastischen Zustand an die Trägerelemente 2 gewickelt, so daß durch den Vulkanisationsprozeß in der Form die Elastomerschnüre 3,4,5 hohlraumlos unter fester Haftung nebeneinanderliegen.In Fig. Figure 1 is a flexible shaft coupling with six at the corners of a polygonal elastomer ring arranged carrier elements 2. Around the carrier elements 2 are three elastomer cords lying next to one another 3, 4, 5 with the fiber reinforcement 6 e.us shorter Fiber wound. The elastomer cords 3,4,5,6 are in prepolymerized and still plastic state wound on the support elements 2, so that through the vulcanization process in the form the elastomer cords 3, 4, 5 lie next to each other without cavities with firm adhesion.
Im Schnittbild der Fig.2 in der Schnittlinie H-II der F i g. I sind die drei Elastomerschnüre 3,4,5 in radialer Richtung nebeneinanderliegend zu erkennen, die in insgesamt vier Lagen 7,8,9, 10 axial übereinanderliegen. Die Abbildung zeigt den durch den Formgebungsprozeß erzielten festen und hohlraumlosen Verbund der sich berührenden Elastomerschnüre 3,4,5.In the sectional view of Figure 2 in the section line H-II of F i g. I are the three elastomer cords 3,4,5 in radial Direction can be seen lying next to one another, which are axially one above the other in a total of four layers 7, 8, 9, 10. The figure shows the solid and void-free bond achieved by the shaping process touching elastomer cords 3,4,5.
In der Ausführungsform der Fig.3 sind analog jeweils drei Elastomerschnüre 11,12, 13 in radialer Richtung nebeneinander in vier Lagen axial übereinander eingesetzt. Die Elastomerschnüre 11, 12, 13 besitzen jeweils einen einvulkanisierten Faden 14 von gleich großer Länge wie die Elastomerschnüre 11,12,13.In the embodiment of Figure 3 are analogous in each case three elastomer cords 11, 12, 13 in the radial direction used next to each other in four layers axially one above the other. The elastomer cords 11, 12, 13 have each has a vulcanized thread 14 of the same length as the elastomer cords 11, 12, 13.
In der Ausführungsform der F i g. 4 und 5 sind jeweils an den vier Enden der Kupplungssäuien ;8 vier Elastomerschnüre 14,15,16,17 um die Tierkörper 2 gewikkelt, während der Restkörper 19 aus faserfreiem Elastomer besteht.In the embodiment of FIG. 4 and 5 are respectively at the four ends of the coupling columns; 8 four elastomer cords 14,15,16,17 wound around the carcasses 2, while the remaining body 19 consists of fiber-free elastomer.
Der Drehschwingungstilger 20 der F i g. 6 besteht aus einem Flanschring 20 zur Befestigung an einem Wellenende und einem Schwungring 22. Der zwischen Flanschring 21 und Schwungring 22 liegende Elastomerring 23 dient zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen und besteht aus drei nebeneinanderliegend angeordneten Elastomerschnüren 24,25,26 mit der Faserstärkung 27 aus kurzer Faser. Die Elastomerschnüre 24, 25, 26 sind im vorpolymerisierten und noch plastischen Zustand ringförmig in den Zwischenraum zwischen Flanschring 21 und Schwungring 22 angeordnet, so daß durch den Enovulkanisationsprozeß in der Form die Elastomerschnüre 24, 25, 26 miteinander und mit dem Fianschring 21 und Schwungring 22 einen festen Verbund bilden.The torsional vibration damper 20 of FIG. 6 consists of a flange ring 20 for attachment to one shaft end and a flywheel 22. The elastomer ring 23 located between the flange ring 21 and the flywheel 22 serves to dampen the vibrations that occur and consists of three juxtaposed Elastomer cords 24, 25, 26 with the fiber thickness 27 made of short fibers. The elastomer cords 24, 25, 26 are in the pre-polymerized and still plastic state in a ring in the space between Flange ring 21 and flywheel 22 arranged so that the enovulcanization process in the form Elastomer cords 24, 25, 26 with each other and with the Fianschring 21 and swing ring 22 a solid bond form.
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-
1982
- 1982-05-17 DE DE3218521A patent/DE3218521C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3218521A1 (en) | 1983-11-24 |
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