NO321989B1 - Fleksibelt element for en fleksibel akselkoblingsanordning og fleksibel akselkoblingsanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et fleksibelt akselkoblingselement og fleksible koblinger som har slike elementer. Det fleksible akselkoblingselementet er i form av et fleksibelt hylseformet legeme som har en ringformet del og to koblingsdeler ved motstående ender av hylsen ved hver ende av den ringformede del. Hver av koblingsdelene omfatter et flertall aksialt forløpende ribber eller tenner langs i det minste en del av den innvendige omkrets av det hylseformede legeme for glidbart inngrep med spor i motstående nav eller endestykker. Slike koblinger benyttes for å koble sammen to roterende aksler som er forbundet med endestykkene. Den fleksible akselkobling ifølge oppfinnelsen er hensiktsmessig for å oppheve mistilpasning mellom to aksler som skal kobles sammen og for å danne en nærmest lydløs drivforbindelse mellom akslene ved hjelp av dets fleksible ringformede parti eller bånd og ettergivenheten i dets ribber eller tenner.

Tidligere var fleksible akselkoblinger som hadde et fleksibelt lastbærende bånd eller en ringformet del og koblingsdeler med aksialt forløpende ribber for inngrep med aksialt forløpende spor på motstående nav eller endestykker kjennetegnet ved at disse ribber som regel hadde en trapesformet profil eller omriss og grep sammen med tilsvarende utformede spor i stort sett stive endestykker. Ribbene på slike elementer er som regel elastomeriske og endestykkene som ribbene er i anlegg mot, er som regel laget av metall, noe som fører til en urimelig påkjenning på de elastomeriske ribber i forhold til sporene i endestykket.

Forbedringer ved utformingen av disse koblingselementer har stort sett gått ut på å styrke det lastbærende bånd slik at det tåler større rivningsbelastning. Fordi den lastbærende egenskap ved slike lastbærende bånd stadig øker som et resultat av slike forbedringer, er det blitt nødvendig for de elastomeriske ribber å tåle stadig økende vridningspåkjenning.

Fleksible akselkoblingsanordninger som er tidligere kjent, har derfor et karakteristisk sammenbruddsmønster bestående av avrivning eller avskjæring av en eller flere av tennene fra den innvendige omkrets av hylselegemet på grunn av påvirkningen fra vridnmgspåkjenning eller belastning som utøves. Som regel vil ikke bare én av tennene bli avskåret på denne måte, men hele tannprofilen ville bli skåret av fra den avstøttende del av koblingselementet som har meget høyere lastbærende evne slik at det tilbakeblir et glatt hylseformet skall i området for en eller begge koblingsdeler. På tross av den forhøyede styrke ved tidligere kjente koblingselementers hylselegemer, blir slike elementer som regel utsatt for for tidlig svikt på grunn av virkningene fra vridningsbelastning på tennene.

Dette sviktmønster er videre særlig problematisk siden slik avskjæring av tennene ikke kan sees ved betraktning av koblingens utside. Man kan ikke fastslå størrelsen på det dreiemoment som overføres eller andelen av den gjenværende levetid i koblingen uten først å stanse driften, fjerne den elastomeriske hylse og deretter foreta visuell inspeksjon av tannpartiet i koblingselementet. Dette vil i alle fall redusere produksjonsytelsen og øke de tekniske omkostninger. Ennå verre er det at meget ofre kan den første indikasjon på svikt være fullstendig destruksjon av koblingselementet.

Det er som følge av dette, et hovedformål med foreliggende oppfinnelse å frembringe et fleksibelt akselkoblingselement som har forhøyet belastningskapasitet sammenlignet med tidligere kjente utførelser og som stort sett unngår for tidlig svikt ved ribbene på grunn av vridningsbelastning.

Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en slik anordning som oppviser forbedret motstand mot glipp under drift.

Det er dessuten en annen hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en slik anordning som gir en tidlig indikasjon på tilstanden av koblingen uten at det er nødvendig å stanse koblingens drift eller fjerne og deretter undersøke koblingen.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt et fleksibelt element for en fleksibel akselkoblingsanordning som angitt i det selvstendige krav 1. Fordelaktige trekk ved det fleksible elementet fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 12.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt fleksibel akselkoblmgsanordning som omfatter et fleksibelt element som angitt i det selvstendige krav 13. Fordelaktige trekk ved den fleksible akselkoblingsanordningen fremgår av de uselvstendige kravene 14 og 15.

For å oppnå de ovenstående og andre fordeler og i henhold til formålet med foreliggende oppfinnelse slik den er utført og beskrevet her, er det frembrakt fleksible akselkoblingselementer og fleksible akselkoblmgsanordninger som har slike elementer. Et fleksibelt akselkoblingselement ifølge oppfinnelsen er i form at et i det vesentlige fleksibelt hylseformet legeme som omfatter en ringformet del; minst to koblingsdeler der hver slik koblingsdel er koaksial med den ringformede del og avsluttes ved en av dens to motstående ender, en innvendig omkrets eller flate i hylselegemet og en utvendig omkrets eller flate på selve hylselegemet. Hver av koblingsdelene omfatter et flertall aksialt forløpende tenner eller ribber som er anordnet langs i det minste en del av den indre omkrets av det hylseformede legemet Hver tann har en omkretsbredde som spenner over en del eller en bue av koblingsdelens innside.

Hver av tennene har en aktiv aksial lengde som i tilknytning til hver omløpende bredde danner et avskjæringsområde for en tann. Summen av disse områdene eller det samlede avskjæringsområdet for tenner danner sammen tennenes skjærkapasitet. Den ringformede del har også en skjærkapasitet som er hovedsakelig av torsjonsmessig natur og skiller seg fra den samlede skjærkapasitet for tennene. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den samlede skjærkapasitet for tennene overstiger torsjonsskjærkapasiteten i den ringformede del.

Det som menes med uttrykket "skjærkapasitet" i denne tekst, er den motstand et materiale har mot de samlede virkninger av utøvet belastning (både torsjonsbelastning og ikke-torsjonsbelastning), vibrasjon, frekvens, amplitude, høy og lav temperatur og tid slik det viser seg i materialets evne bl i det vesentlige å opprettholde sin strukturintegritet tilstrekkelig til å arbeide tilfredsstillende under de rådende forhold. Ved således å sammenligne skjærkapasiteten for to materialer som blir utsatt for lik vridningspåkjenning, vibrasjon, etc., vil det materialet som har lavere skjærkapasitet i alminnelighet svikte tidligere enn det materialet som har større skjærkapasitet. Denne egenskap er omhandlet mer i detalj nedenfor.

Ved å oppvise en samlet tannskjærkapasitet som er større enn torsjonsskjærkapasiteten for en ringformet del, har de fleksible koblingselementer ifølge oppfinnelsen overvunnet ulempene ved tidligere kjente elementer, og for tidlig svikt i tennene er i det vesentlige unngått. De fleksible koblingselementer oppviser videre forbedret belastningskapasiteter sammenlignet med tidligere kjente koblinger. Det som menes med uttrykket "lastkapasitet" i denne tekst er anordningens kapasitet til å motstå eller tåle den samlede utøvede kraft som den blir utsatt for under bruk. Lastkapasitet i denne tekst innbefatter videre både overføring av dreiemoment, amplitude og frekvenskomponenter.

I en videre utførelse er det fremkommet en fleksibel koblingsanordning omfattende et element som beskrevet ovenfor og videre omfattende minst to endestykker som har spor svarende til tennene på koblingsdelene på det fleksible koblingselement for sammenpasning med disse der ett av endestykkene er i inngrep med koblingsdel og videre forbundet med den ene av minst to aksler.

I ennå en annen utførelse er det frembrakt et fleksibelt koblingselement som angitt ovenfor og som videre omfatter innretninger på utsiden av det hylseformede legemet for å indikere størrelsen på det dreiemoment som overføres med koblingselementet på et hvilket som helst gitt tidspunkt.

Tegningene som er tatt med som en del av beskrivelsen viser foretrukne utførelser av oppfinnelsen og tjener sammen med beskrivelsen til å forklare oppfinnelsens prinsipper. På de forskjellige tegninger betegner like henvisningstall like deler og:

Figur 1 viser i perspektiv en tidligere kjent fleksibel akselkoblingsanordning,

Figur 2 viser i perspektiv den tidligere kjente fleksible akselkoblingsanordning som er vist på figur 1 med delene trukket fra hverandre, Figur 3 viser i perspektiv en utførelse av foreliggende oppfinnelse i form av en fleksibel koblingsanordning, Figur 4 viser i perspektiv en utførelse av foreliggende oppfinnelse som er vist på figur 3 med delene trukket fra hverandre, Figur 5 viser delvis i snitt tanndelen av det tidligere kjente fleksible koblingselement som er vist på figur 1, tatt etter linjen A-A, Figur 6 viser i snitt et bruddstykke av tanndelen på det fleksible koblingselement ifølge oppfinnelsen som vist på figur 3, tatt etter linjen B-B, Figur 7 viser sett fra siden en utførelse av foreliggende oppfinnelse i form av et fleksibelt koblingselement som innbefatter en indikatoranordning på utsiden og der elementet er vist under belastning og Figur 8 viser sett fra siden det fleksible koblingselement på figur 7 der det fleksible koblingselement er vist uten torsjonsbelastning.

En tidligere kjent fleksibel akselkoblingsanordning er vist på figur 1 og delene er vist trukket fra hverandre på figur 2 der koblingsanordningen 10 omfatter motstående endestykker 12,14 som motstående aksler 16,18 er forbundet med hensiktsmessige midler. Endestykkene 12,14 blir koblet til koblingsdelene 20, 22 på det fleksible koblingselement 24. Koblingsdelene 20, 22 er kjennetegnet ved trapesformede ribber eller tenner 26 som er jevnt fordelt og forløper aksialt på det hylseformede legemets innvendige omkrets 28 som er utført og tilpasset for å komme i inngrep med tilsvarende spor 30 på utsiden 32 av endestykkene 12, 14.

Det fleksible koblingselement 24 omfatter videre hovedsakelig et slitesterkt vevnadsdekke 25 over sin indre omkrets 28 og dette er bundet i det minste til en del av tennene 26 og dette er bundet i det minste til en del av tennene 26.

Figurene 3 og 4 viser i perspektiv en utførelse av foreliggende oppfinnelse i form av en fleksibel akselkoblingsanordning 40. Anordningen omfatter et fleksibelt koblingselement 42 omfattende et stort sett fleksibelt hylseformet legeme 44 såvel som to motstående endestykker 41,43 som motstående aksler (ikke vist) kan forbindes med ved hjelp av egnede midler. Legemet 44 har en ringformet del 46 og minst to motstående hylseender på hver side av den ringformede del 46 der disse danner koblingsdeler 48,50 for inngrep med endestykkene 41,43. Det hylseformede legemet 44 har både en innvendig omkrets 55 eller flate på en utvendig omkrets 54 eller flate. Koblingsdelene 48, 50 omfatter et flertall aksialt forløpende ribber eller tenner 56 anbrakt langs i det minste en del av den innvendige omkrets 52 av det hylseformede legemet 44. Hver tann 56 har en omløpende bredde 65 som spenner over en del eller en bue av den indre omkrets 52. Endestykkene 41,43 har aksialt forløpende spor 45 langs sine ytre omkretser, hvilke spor er utformet for å komme i inngrep med tennene 56 på koblingsdelene 48, 50.

Det hylseformede legemet 44 kan videre omfatte et slitesterkt tekstildekke 58 langs sin indre omkrets 52 og det kan være bundet til i det minste en del av tennene 56 som vist for å øke deres slitestyrke. Den indre flate 52 på det hylseformede legemet kan videre omfatte en forsterkningsstreng 52 som kan være skrueviklet eller på annen måte festet til den elastomeriske flate. Denne streng kan være av et hvilket som helst egnet materiale innbefattende glass, aramid og nylon og er fortrinnsvis dannet av glassfiber.

Hver av tennene 56 strekker seg langs i det minste en del av innsiden 52 av hylselegemet, men behøver ikke nødvendigvis strekke seg langs hele innsiden og har et areal som er definert hovedsakelig ved sin omløpende bredde og sin aktive aksiale lengde. Summen av tannarealene eller det samlede tannskjærareal har en samlende tannskjærkapasitet. Den ringformede del 46 har også en skjærkapasitet som er av torsjonsmessig natur. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den samlede tannskjærkapasitet før brudd overskrider torsjonsskjærkapasiteten i den ringformede del før brudd.

Det som menes med uttrykket "skjærkapasitet" i teksten for denne beskrivelse er et gitt legemes motstand mot de sammensatte virkninger når de utsettes for belastning (torsjonsbelastning eller ikke-torsjonsbelastning) vibrasjonsfrekvens og amplitude, temperatur og tid. Den maksimale skjærkapasitet for et slikt legeme viser seg ved katastrofal skjærpåkjenning eller deformasjonen og det endelige sammenbrudd for legemet som et resultat av den progressive relative forskyvning av to eller flere sammenliggende deler eller lag av legemet frembrakt av en kraft som utøves i en retning hovedsakelig parallelt med slike lags kontaktplan.

De aksiale tannlengder blir betegnet som "aktive" i den beskrivelse og dette har en rekke årsaker. For det første kan endene av tennene etter valg være og er fortrinnsvis avrundet eller buet for å danne overgangsområder mellom koblingsdelens tenner og sporene i det stive endestykket som tennene er i inngrep med som muliggjør bøyning og vibrasjon mellom komponentdelen i området. For det annet, fordi skjærkapasiteten for det samlede tannområdet overskrider skjærkapasiteten for den ringformede del ifølge foreliggende oppfinnelse, har det overraskende vist seg at for noen anvendelser behøver tennene i det fleksible koblingselement ikke strekke seg over hele lengden av den ringformede del. Dette betyr at den økte skjærkapasitet for tennene sammenlignet med skjærkapasiteten for den ringformede del gjør det mulig å utforme og produsere hensiktsmessige koblingselementer der koblingsdelens tenner er i fullt inngrep med sporene på de stive endestykker, men ikke nødvendigvis spenner over hele lengden av den innvendige flate av den ringformede del. Naturligvis må i slike tilfeller tannlengden ikke desto mindre være tilstrekkelig til å kunne ta opp belastningen under bruk.

De fleksible koblingselementer ifølge oppfinnelsen innbefattende tanndelene av disse, kan lages av et hvilket som helst egnet fleksibelt materiale og er fortrinnsvis laget av et elastomerisk materiale innbefattende herdede blandinger av polykloropren, naturgummi, polybutadien, kopolymerer av styren og butadien, kopolymerer av isobutylen og isopren, polyeter eller polyesteruretaner, akrylelastomerer og klorsulfonerte polymerer og kopolymerer av etylen eller passende blandinger av disse. I en foretrukket utførelse er det fleksible koblingselement laget av en polykloropernblanding. Alle slike elastomeriske blandinger som benyttes til foreliggende oppfinnelse kan videre innbefatte andre valgbare bestanddeler som alle er velkjent på dette området, innbefattende fyllstoffer, forsterkningsmidler, herdemidler, akseleratorer, behandlingsmidler, fortynningsoljer, etc, i andeler som passer til en gitt anvendelse. For eksempel kan fyllstoffer og forsterkningsmidler innbefattende, men ikke begrenset til, kjønrøk, kisel, talkum og kalsiumkarbonat benyttes i mengder fra omtrent 0 til omtrent 500 eller mer deler pr. hundre vekter av elastomer ("phr"), herdemidler som innbefatter, men ikke er begrenset til svovel og midler som danner frie radikaler kan benyttes i mengder fra 0,1 til omtrent 10 phr.

De fleksible elementene kan omfatte et slitesterkt dekkelement 58 som kan være laget av et hvilket som helst egnet tekstilmateriale innbefattende nylon, aramid, polyester eller blandinger av disse og er fortrinnsvis nylon 6,6. Tekstiler kan være av en hvilken som helst vevnad, innbefattende rettvevet, diagonalvevet eller satengvevet vevnad i strekkbar eller ikke-strekkbar form. I en foretrukket utførelse er det slitesterke dekkelement en diagonalvevnad mellom 40% og 100% strekk i veftretningen. Materialet har fortrinnsvis en vekt mellom omtrent 25 og omtrent 500 g/m<1> og fortrinnsvis mellom omtrent 50 og omtrent 300 g/m<1> og er fortrinnsvis behandlet med et gummibasert lim som er forenelig med det elastomeriske grunnmaterialet eller et egnet resorcinol formaldehyd lateksbasert limsystem for å skape en behandlet materialvekt på omtrent 50 til omtrent 1000 g/m<2> og fortrinnsvis mellom 100 og 700 g/m<1>.

Det fleksible koblingselement kan eventuelt innbefatte en strekkdel 62 eller et strekkelement. Dette strekkelement kan være laget av et hvilket som helst egnet materiale som f.eks. aramidfibre, innbefattende meta- eller para-aramider, polyesterfibre, polyamidfibre, cellulosefibre (f.eks. rayon), karbonfibre, akrylfibre, polyuretanfibre, bomullsfibre og glassfibre, såvel som blandinger av disse og er fortrinnsvis laget av glassfibre. Antallet og diameteren på slike strekkdeler er avhengig av størrelsen på koblingen og det området der den skal brukes. Strekkdelen kan videre ha en hvilken som helst vanlig form, men er fortrinnsvis utført som strenger som tåler påkjenninger. Fibrene kan være preparert på en måte som danner en konstruksjon fra omtrent 0,8 til 39 strenger/cm) og fortrinnsvis fra omtrent 2 til 32 strenger/cm og fortrinnsvis fra omtrent 3 til 22 strenger/cm.

Det fleksible element kan eventuelt og fortrinnsvis utføres fiberholdig. Det har overraskende vist seg at den lastbærende kapasitet eller levetid for koblingen og/eller dens torsjonsstivhet kan forbedres betydelig ved tilsetning av fibre til den elastomeriske hylse på en slik måte at et betydelig antall av fibrene 60 blir orientert i ornkretsretningen rundt hylsen og kan stort sett følge omrisset på ribbene eller tennene 56. Denne egenskap er vist, f.eks. på figur 4. Som et ikke-begrensende eksempel, kan fibrene være slik rettet inn ved gummikalandreirngsprosessen når gummibåndet behandles gjennom kalandreringsutstyret, slik at i det minste en vesentlig del av fibrene som finnes i blandingen søker selv å rette seg inn eller "flyte" i den retning som gummien er kalandrert med. På denne måten kan den rette kalandreringsretning for et bestemt koblingselement velges på en hensiktsmessig måte, dvs. den retning som vil føre til at et betydelig antall fibre blir rettet inn i omkretsformen rundt det fleksible koblingselement.

Som et alternativ kan fibrene rettes inn med planet for maksimal skjærspenning i koblingen. I noen tilfeller kan tilsetningen av slike fibre oppheve behovet for et forsterkende tekstil på den innvendige flate av hylselegemet og/eller forsterkningsstrengen. Dette er særlig tilfellet når det gjelder små koblingsanordninger til bruk ved forholdsvis lave belastninger, f.eks. under driftsbelastninger på omtrent 5 Nm, men det tas sikte på at en slik fordel også kan utvides til større anordninger til bruk ved høyere belastninger.

Typiske fibre som kan benyttes for dette formål er aramidfibre omfattende meta- eller para-aramider, polyesterfibre, cellulosefibre (f.eks. rayon), karbonfibre, akrylfibre, polyuretanfibre, bomullsfibre og glassfibre, såvel som blandinger av disse. I en foretrukket utførelse er fibrene para-aramider. Fibrene kan være av en hvilken som helst hensiktsmessig lengde og ligger fortrinnsvis i området fra omtrent 0,1 til omtrent 10 mm og kan eventuelt gjøres svulmende for å øke deres overflateareal. Den mest foretrukne fiberlengde er fira omtrent 0,2 til omtrent 7,5 mm og den særlig foretrukne fiberlengde er fra omtrent 0,5 til omtrent 3 mm. Fibrene kan videre behandles på annen måte som kjent på dette området for å forbedre deres vedheftning til elastomeren. I en foretrukket utførelse er fibrene mekanisk fibulerte og kan være kombinert med egnede resorcinol formaldehyd lateksmaterialer og/eller andre egnede vedheftningssystemer som er forenelige med det elastomeriske materialet som benyttes til fremstilling av det fleksible koblingselement. Disse systemer og egnede fremgangsmåter til behandling av fibrene er velkjent på dette området. Fiberinnholdet kan ha et hvilket som helst egnet nivå for den anvendelse og den spesielle type fyllmateriale som benyttes og er fortrinnsvis i området fra omtrent 0 til omtrent 50 vektdeler pr. 100 deler av elastomer ("phr") og særlig fra omtrent 1 til omtrent 30 phr, avhengig av den type fibre som benyttes og er særlig fordelaktig i området fra omtrent 1 til omtrent 10 phr og ligger fortrinnsvis i området fra omtrent 2 til omtrent 5 phr for den type fibre som foretrekkes ved utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Som en ikke-begrensende illustrasjon på fordelene ved fiberinnhold i denne beskrivelse, ble det foretatt en sammenligningstest for å fastslå virkningen av fiberinnholdet i det fleksible koblingselement når det gjelder levetid under drift og når det blir utsatt for en pulsanalyse. Til denne test ble det laget et sett på tre fleksible koblingselementer (prøve A, B og C), som hver hadde den tradisjonelle trapesformede tannprofil (ifølge DIN 7721, resp. DIN/ISO 6296) med en utvendig diameter på 60 mm og en skalltykkelse på 7 mm laget av en elastomerisk blanding som beskrevet nedenfor i Tabell 1 og omfatter et polyamidforsterkningslag og glassforsterkende streng over innsiden. Det elastomeriske materialet for prøvekoblingene A, B og C innbefattet videre omtrent 3 phr av para-aramidfibre hvorav et betydelig antall ble orientert i omkretsretningen rundt hylsen. Hvert koblingselement hadde 12 tenner i hver koblingsdel og hver tann hadde en rotbredde på 5 mm og en høyde på omtrent 2,5 mm. Et ytterligere sett med tre stort sett tilsvarende fleksible koblingselementer (Sammenligningsprøver 1,2 og 3) ble laget av stort sett samme blanding, men denne var imidlertid ikke fiberholdig. Sammenligningsprøvene 1,2 og 3 inkluderte i tillegg en omløpende strengforsterkning langs deres innsider. Alle koblingselementer ble utsatt for en svingende torsjonstest som angitt i DIN 740 med en samlet topp til topp amplitude i området fra 90 til 130 Nm ved en frekvens på 9 Hz. Tabell 2 viser betingelsene for og resultatene fra testen. Som det sees av resultatene som er vist på Tabell 2, oppviste de fiberholdige koblingselementer Prøvene A, B og C omtrent en ti til tyve ganger økning i levetid sammenlignet med de sammenlignende koblingselementer 1,2 og 3 ved tilsvarende belastninger under denne test. Videre, ved 9 graders forskyvning ble torsjonsstivheten for de fiberholdige koblingselementer øket med et gjennomsnitt på 40% over koblingselementene som ikke var fiberholdige. Generelt sett, for like levetider og med bibehold av alle andre parametre, antas det at torsjonskapasiteten for et gitt fleksibelt koblingselement kan økes med omtrent 30% eller mer ved fiberfylling av det elastomeriske element i henhold til foreliggende oppfinnelse over elementer som ikke er fiberholdige.

De fleksible koblingselementer og koblingsanordninger ifølge foreliggende oppfinnelse kan formes ifølge en hvilken som helst egnet standard fremgangsmåte og slike fremgangsmåter er velkjent på dette området. Disse fremgangsmåter innbefatter den som er angitt i US patent nr. 2.8S9.S99 hvis innhold her vises til som referanse. De fleksible koblingselementer kan også formes ifølge standard fremgangsmåter som er velkjent på området der en egnet slitesterk tekstilhylse anbringes i en fortannet form med forsterkningsstreng eventuelt viklet mot tekstilet og med uvulkanisert elastomert materiale påført utsiden av tekstilet, blir formen plassert i en egnet blære og tilstrekkelig varme og trykk utøves for å tvinge elastomeren til å flyte gjennom strekkstrengene som driver tekstilet inn i formens spor og for å vulkanisere det elastomeriske materialet hvoretter det på denne måte fullførte fleksible koblingselement blir avkjølt og fjernet fra formen.

Den tradisjonelle trapesformede ribbe eller tannprofil som er vist på figurene 1,2 og 5 er kjennetegnet ved ribber eller tenner 26 som har rette, men hellende sider 31 og en inkludert vinkel på omtrent 40°. Denne utforming oppviser tre betingelser som begrenser ribbenes kapasitet til overføring av dreiemoment. For det første vil belastningsoverføringen fra sporene 30 i det stort sett stive endestykket som står i inngrep med tennene 26 i den elastomeriske koblingsdel skape en spenningskonsentrasjon ved roten av den elastomeriske kant ved dens overgang til det lastbærende bånd 25 i koblingselementet 24. Dette skaper et for høyt påkjenningsmønster i tannens rot, noe som resulterer i sprekkdannelser som forplanter seg i omkretsretningen langs skilleflaten eller tannen og hylselegemet, noe som fører til at hylsen svikter for tidlig som beskrevet ovenfor.

For det annet danner de skråstilte eller hellende sider 31 på den tradisjonelle tannprofil ramper som leder en komponent av den overførte belastning i en radial retning. Denne radiale retning har tilbøyelighet til å utvide hylsens diameter og dermed øke hylselegemets tilbøyelighet til å glippe på grunn av en pallvirkning under bruk.

For det tredje er forholdet mellom breddene på tennene i endestykkene og breddene på de komplementære tenner i koblingsdelen ute av proporsjon overfor de relative styrker og stivheten mot bøyning i materialene som, som regel benyttes for de respektive deler. De langt stivere tenner i endestykket som normalt er laget av metall, er som regel langt bredere i koblingsanordninger som er av den trapesformede tverrsnittstype enn de mindre stive tenner i det som regel elastomeriske fleksible koblingselement. Det er særlig problematisk at med tid og særlig ved høye og lave ekstremtemperaturer, vil den langt større masse og styrke i tennene på endestykket slite ut de mindre svakere elastomeriske tenner for tidlig i forhold til den ringformede del som har forholdsvis høy styrke som omhandlet ovenfor.

Utførelsen av foreliggende oppfinnelse som er vist på figurene 3, 4 og 6 omfatter tenner 56 med en kurvelinjeprofil eller omriss 57. Det har overraskende vist seg at endring av omrisset av tennene fra den tradisjonelle trapeslignende utforming til denne kurvelinjeutforming der omrisset av tannens snitt er dannet av en rekke buer 59 som er forbundet med hverandre og tangenter 61 og dette skaper mulighet til en betydelig økning av kapasiteten til overføring av dreiemomentet, dvs. belastningskapasiteten for slike koblingselementer. I den foretrukne utførelse som er vist, er størsteparten av koblingsdelens indre omkretsprofil konveks og passer til en hovedsakelig konkav profil i endestykket.

Den buelinjede tannprofil som foretrekkes i foreliggende oppfinnelse og som sammen med det hensiktsmessige utformede endestykkeprofil er fortrinnsvis stort sett identiske positive og negative former, sikrer en jevnere fordeling over de i hverandre gripende trykkflater sammenlignet med tidligere kjente utførelser. Dette vil i høy grad redusere den lokale påkjenning ved hylsetannens rot og fører til en mer effektiv utnyttelse av de materialer som anvendes. I tillegg vil den avrundede form på tennene ha en radial orientering som i høy grad reduserer den utadrettede radiale belastningskomponent, reduserer koblingselementets tendens til å glippe og dermed reduseres koblingens slipp.

I en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse er forholdet mellom summen av sporbreddene 63 til summen av tannbreddene 65 for et gitt fleksibelt koblingselement i koblingsdelen mindre enn omtrent 0,65:1 og fortrinnsvis fra 0,50:1 til omtrent 0,10:1 og særlig fordelaktig er fra omtrent 0,45:1 til omtrent 0,15:1. Dette forhold vil i det følgende bli betegnet som "spor/tannforhold". Som vist på figur 6, blir bredden på sporene 63 i det fleksible element som veksler med tennene 56 i elementene målt fra et punkt der sporradius blir tangent 61 til tannradius.

For å illustrere den forlengede levetid som kan forventes med en fleksibel kobling ifølge oppfinnelsen sammenlignet med tidligere kjente utførelser, ble det utført en analyse av belastningskapasitet på prøver av fleksible koblingsanordninger ifølge oppfinnelsen og prøver som representerer teknikkens stand. Resultatene av prøven er gjengitt nedenfor i Tabell 3 der data som fremkom for prøver som representerer en utførelse av foreliggende oppfinnelse er angitt under kolonnen merket "testkoblinger" og data som ble oppnådd for sammenligningsprøver som representerer teknikkens stand, er oppgitt i kolonnen som er betegnet "sammenlignende prøvekoblinger". Analysen av belastningskapasitet målte levetid i sykler til svikt mot topp dreiemoment (Nm) som angitt i Deutsch Industrie Norm ("DIN") 740. Fire fleksible koblingselementer ("prøvekoblinger") i det vesentlige som vist på figur 3, og med en utvendig diameter på 65 mm og en skalltykkelse på 6 mm, ble formet der de hylseformede legemer innbefattende de ringformede deler og koblingsdelene og tennene ble laget av et polykloroprenvulkalnisat der skrueviklede glassfiberstrenger var innleiret. Elastomerformelen for disse prøver var stort sett den samme som angitt i Tabell 1 ovenfor, men omfattet videre omtrent 3 phr av para-aramidfibre hvorav en vesentlig del var orientert i omkretsretningen om den elastomere hylse. Innsiden av hvert legeme var dekket med en slitesterk nylonvevnad. Hver av disse koblingselementer hadde en buelinjet tannprofil som beskrevet ovenfor, der spor/tannforholdet var omtrent 0,406. Hver koblingsdel hadde 18 tenner og hver tann hadde en rotbredde på omtrent 5 mm og en høyde på omtrent 3 mm. Fire sammenlignende fleksible koblingselementer ("sammenlignende prøvekoblinger") hadde en utvendig diameter på omtrent 60 mm og en skalltykkelse på 7 mm og var laget av materialer i det vesentlige identisk med materialet i de fire prøver som er beskrevet ovenfor. Sammenligningsprøvene hadde imidlertid den tradisjonelle trapesformede tannprofil som beskrevet ovenfor (dvs. ifølge DIN 7721 (metrisk) resp. DIN/ISO 5296 (Engelsk deling)) og som vist på figur 1 og hadde et spor/tannforhold på omtrent 0,65. Hver sammenlignende koblingsdel hadde 12 tenner og hver tann hadde en rotbredde på omtrent 5 mm og en høyde på omtrent 2,5 mm. Testen ble kjørt på en testeanordning for pulserende torsjonsbelastning og hadde et topp til topp dreiemomentsvingeområde på mellom omtrent 90 og omtrent 130 Nm ved en takt på 9 Hz.

Fra dataene i Tabell 3 er det klart at prøve over et område med svingende dreiemomentforhold viste en betydelig levetidsforbedring for de fleksible koblingselementer ifølge foreliggende oppfinnelse i forhold til de sammenlignende prøver av tidligere kjent utførelse. Ved 80 til 84 Nm området oppviste det fleksible koblingselement ifølge oppfinnelsen levetidssykluser av størrelsesordenen 10<6 >sammenlignet med det tidligere kjente koblingselements livssykluser på bare IO<2>. Sammenligning av livssyklusene ved 120 Nm viste en tilsvarende dramatisk økning i levetiden mellom koblingene ifølge oppfinnelsen og tidligere kjente koblinger. Videre var ved alle svikt i de fleksible koblingselementer ifølge oppfinnelsen i form av skjærrivning av hovedhylselegemet i stedet for avskjæring av ribbene som var den karakteristiske svikten for de trapeslignende utførte ribbeelementer.

Når det gjelder den prøve som er beskrevet i Tabell 2 ovenfor og som viser fordelene ved fiberinnhold i fleksible koblingselementer, som har tradisjonell trapesformet tannprofil, når fiberholdige fleksible koblingselementer har buelinjet tannprofil og som hovedsakelig var identisk med de prøvekoblinger som var beskrevet ovenfor for Tabell 3, ble disse sammenlignet med fiberholdige trapesformede fleksible koblingselementer (dvs. prøvene A, B og C) og ennå mer fremtredende fordeler ble påvist. For eksempel ved festing ved 120,0 Nm, kjørte de fiberholdige fleksible koblingselementer med den kurvelinjeformede tannprofil for 1050 timer, sammenlignet med 8,8 timer for den tilsvarende fiberholdige trapesformede prøve A. Videre, ved 170 Nm, kjørte de fiberholdige fleksible koblingselementer med kurvelinjeformet tannprofil ifølge oppfinnelsen i 55 timer.

Siden skjærkapasiteten for det samlede tannareal overskrider arealet for den ringformede del i det fleksible koblingselement ifølge oppfinnelsen, gjør foreliggende oppfinnelse det mulig å inkludere en indikatoranordning for dreiemomentnivået på utsiden av den elastomeriske hylse for å vise den løpende tilstand av elementet såvel som for å forutsi den gjenværende levetid for koblingsanordningen. Dette betyr at siden sviktmåten for de fleksible koblingselementer ifølge oppfinnelsen i alminnelighet ikke lenger er avskjæring av tennene som i de tidligere kjente utførelser, men deformasjon og eventuelt opplivning av selve hylselegemet, kan indikatoranordningen benyttes på utsiden av hylselegemet for å vise nivået for det dreiemoment som overføres med koblingen på et hvilket som helst tidspunkt. Dette gjør det videre mulig å forutsi den del av det nyttige liv som er tilbake i koblingselementet uten at det er nødvendig å stanse driften, demontere drivanordningen og visuelt inspisere koblingselementet.

Passende indikatoranordninger kan innbefatte en hvilken som helst type mønster eller grafikk på overflaten av hylselegemet hvis mønsteret kan betraktes enten med instrumenter eller med det blotte øyet og som oppviser forutsigbare reprodusere endringer eller egenskaper når koblingselementet går fra sin hvilestilling og gjennom forskjellige nivåer av overføring av dreiemomenter.

I en foretrukket utførelse som er vist på figur 7 og figur 8 omfatter en slik indikatoranordning anbringelse på utsiden 54 eller omkretsen av den elastomeriske hylse av grafikk som er utformet for å benytte deformasjon i den ytre overflate av den elastomeriske hylse under varierende dreiemomentforhold. Utformningen er slik at ved på forhånd bestemte dreiemomenttilstander, blir elementer i grafikken rettet inn på grunn av overflatedeformasjon, noe som danner en klar gjenkjennbar synlig indikator for det nivå på dreiemomentet det gjelder. Grafikken kan så betraktes mens koblingen er i drift, eventuelt ved hjelp av et stroboskop eller annet egnet instrument som kan fryse bildet av grafikken på den roterende hylse. En typisk form for grafikk er vist på figur 7 og figur 8 der en serie komplekse buelinjer 73 a,b,c,d,e,f og 73' a,b,c,d,e,f er dannet på utsiden 54 av den elastomeriske hylse. Hver buelinje viser progressivt mer variasjon fira den rette linje, noe som reflekterer den økende overflatedeformeringen på den elastomeriske hylse med økende nivåer for overføring av dreiemomenter. Figur 8 viser det samme fleksible koblingselement som figur 7, men når det gjelder figur 7, er det fleksible element vist under torsjonsbelastning mens det på figur 8 er vist i ro, dvs. uten belastning. På denne måte blir således torsjonsbelastningen som det fleksible element utsettes for til enhver tid, reflektert i utformningen av grafikken på dette bestemte tidspunkt.

Buelinjegrafikken som benyttes i utførelsen på figurene 7 og 8 er slik utformet at ved hvert enkelt spesifisert dreiemomentnivå, blir den tilsvarende buelinje omdannet til en rett linje. Siden ved et hvilket som helst dreiemomentnivå bare en linje vil være rett, vil denne meget lett kunne avleses og dermed det tilsvarende arbeidende dreiemoment bestemmes. Videre kan linjene i grafikken utføres slik at de indikerer en trygg belastning, overbelastning og tilstander som kan føre til for tidlig sammenbrudd. Disse forhold kan videre fremheves ved bruk av f.eks. fargekoding. Som et ikke-begrensende eksempel kunne en rød linje i rettlinjet form anvise overbelastning, mens en grønn linje i slik form ville indikere sikre arbeidsforhold.

Det utvendige grafiske element har også vist seg å kunne indikere progressiv forringelse av den elastomeriske hylse. Siden tidligere svikt fant sted på innsiden, dvs. ved tannområdet for hylsen og ikke medførte ødeleggelse av det ytre hylseelement, ville en slik indikatoranordning ikke være praktisk eller nyttig. I det foreliggende tilfellet imidlertid, siden den elastomeriske hylsestruktur forringes under bruk, øker deformasjonen i overflaten, noe som fører til gradvise endringer i grafikken. Slike endringer kan benyttes til planlegging av utskifting av et gitt koblingselement på det mest økonomiske tidspunkt og dermed redusere eller eliminere avbrudd i produksjonen som ikke er planlagt.

Indikatoranordningen kan være av en hvilken som helst passende stil eller form og det tas sikte på at den kan omfatte trekk som ikke er beskrevet ovenfor innbefattende numeriske eller andre symboler som viser dreiemomentnivået og/eller advarende meldinger som kan utformes for å bli stadig mer leselig etter hvert som det tilsvarende dreiemomentnivå blir nådd. Videre kan indikatoranordningen legges inn i overflaten av hylseelementet på mange forskjellige måter, innbefattende i tillegg til den måte som er beskrevet ovenfor, støping direkte på hylsen under fremstilling, påtrykning på hylsen etter at formstøpingen er fullført eller ved påføring av et på forhånd trykt eller på forhånd formstøpt element på hylsens overflate.

Den unike utformingen av det fleksible akselkoblingselement ifølge oppfinnelsen hvorved det fleksible koblingselement er formet og tilpasset slik at skjærkapasiteten for det samlede tannskjærområdet overskrider kapasiteten for den ringformede del noe som resulterer i en kobling som har forbedret torsjonsstivhet og belastningskapasitet og forlenget levetid sammenlignet med tidligere kjente utførelser. Denne unike egenskap gjør det også mulig å ønskelig å innbefatte indikatoranordninger for torsjonsbelastning som beskrevet ovenfor for å sikre løpende ytelsesangivelser og å forutsi fremtidige ytelser med koblingene. I en foretrukket utførelse benyttes fiberfylling av elastomeren til å danne elastomeriske deler av koblingen på den måte som er beskrevet ovenfor, noe som videre forbedrer ytelsen ved koblinger ifølge oppfinnelsen. Den unike kurvelineære tannprofil og spor/tannforhold som fremkommer ved en utførelse av foreliggende oppfinnelse, forbedrer ytterligere koblingenes ytelser til en grad som er virkelig uventet.

Selv om foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i detalj med illustrasjon som formål, skal det påpekes at beskrivelsen utelukkende er for dette formål og at varianter kan frembringes av fagfolk på området, uten at dette avviker fra foreliggende oppfinnelses ånd og omfang slik det er angitt i kravene. Oppfinnelsen som er beskrevet kan på hensiktsmessig måte utøves ved fravær av et hvilket som helst element som ikke er spesielt beskrevet her.

Claims (15)

1. Fleksibelt element (42) for en fleksibel akselkoblingsanordning av den type som har et hovedsakelig hylseformet legeme (44) av et elastomerisk materiale; hvilket hylseformede legeme (44) har minst to motstående hylseendepartier som danner respektive koblingsdeler (48); en ringformet del (46) mellom koblingsdelene (48, 50); en innvendig omkrets (52) og en utvendig omkrets (54); der hver av koblingsdelene (48, 50) omfatter et flertall aksialt forløpende tenner (56) anordnet langs i det minste en del av den innvendige omkrets (52) der hver av tennene (56) i hver av koblingsdelene (48, 50) har en omkretsbredde som spenner over en del av den indre omkrets (52); der den ringformede del har en maksimal torsjonsskjærkapasitet for brudd; og hver av tennene (56) i koblingsdelene (48, 50) har en aktiv aksial lengde som sammen med hver omløpende lengde definerer et tannskjærområde og hvilket samlende tannskjærområde har en samlet tannskjærkapasitet, nevnte samlede tannskjærområde har en samlet maksimal tannskjærkapasitet før brudd; karakterisert ved at: nevnte elastomeriske materiale inneholder fibre (60); og nevnte samlede maksimale tannskjærkapasitet før brudd overskrider den maksimale torsjonsskjærkapasiteten i den ringformede del før brudd.

2. Fleksibelt element(42) som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst en av tennene har en buelinj et tverrsnittsprofil.

3. Fleksibelt element (42) som angitt i krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at tennene (56) er i en vekslende anordning med et flertall spor der hvert av sporene har en bredde som spenner over en del av omkretsen av det hylseformede legemets indre omkrets (52) og ved at forholdet mellom summen av sporbreddene og summen av tannbreddene er mindre enn 0,65:1.

4. Fleksibelt element (42) som angitt i krav 3, karakterisert v e d at forholdet mellom summen av sporbreddene og summen av tannbreddene er fra 0,50:1 til 0,10:1.

5. Fleksibelt element (42) som angitt i krav 3, karakterisert ved at forholdet mellom summen av sporbreddene og summen av tannbreddene er fra 0,45:1 til 0,15:1.

6. Fleksibelt element (42) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter minst en vevnad som forsterkende element bundet til minst en del av den indre omkrets av det hylseformede legemet (44) og en strikk.

7. Fleksibelt element (42) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det elastomeriske materialet omfatter fra omtrent 1 til omtrent 30 phr av fiber (60).

8. Fleksibelt element (42) som angitt i krav 7, karakterisert ved at i det minste en del av fibrene (60) er orientert hovedsakelig i omkretsretningen rundt hylselegemet.

9. Fleksibelt element (42) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter minst en indikerende anordning for å indikere dreiemomentnivået på den utvendige omkrets (54) av hylselegemet.

10. Fleksibelt element (42) som angitt i krav 9, karakterisert ved at indikatoranordningen for dreiemomentnivå er i form av grafiske elementer som danner et første mønster på den utvendige omkrets (54) av det hylseformede legemet (44) i ro og et annet mønster på den utvendige omkrets (54) av det hylseformede legemet (44) under overflatedeformasjon.

11. Fleksibel akselkoblingsanordning omfattende et fleksibelt element (42) og minst to hovedsakelig stive endestykker kopblet til det fleksible element (42) der det fleksible element er av den typen som har et hovedsakelig hylseformet legeme (44) og er laget ag et elastomerisk materiale; hvilket hylseformet legeme (44) omfatter minst to motstående hylseendepartier som danner respektive koblingsdeler (48,50); et ringformet parti mellom koblingsdelene (48,50); en innvendig omkrets (52) og en utvendig omkrets (54); der hver av koblingsdelene (48,50) omfatter et flertall aksialt forløpende tenner (56) anordnet langs i det minste en del av den innvendige omkrets (52) og der hver av tennene i hver av koblingsdelene (48,50) har en bredde som i omkretsretningen spenner over en del av den innvendige omkrets (52); der det ringformede parti har en maksimal torsjonsskjærkapasitet før brudd; og hver av nevnte tenner (56) i hver av koblingsdelene (48,50) nar en aktiv aksial lengde som i tilknytning til hver nevnte bredde i omkretsretningen definerer et tannskjæromoråde, hvilket samlede tannskjærområde har en samlende tannskjærkapasitet og der den samlede tannskjærkapasiteten har et samlet tannskjærområde, det nevnte samlede tannskjærområde har en samlet maksimal tannskjærkapasitet før brudd; karakterisert ved at det elastomeriske materialet inneholder fibre (60) og nevnte samlede maksimale tannskjærkapasitet før brudd overskrider nevnte maksimale torsjonsskjærkapasitet i det ringformede parti før brudd.

12. Fleksibelt element (42) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fibrene (60) er av et materiale valgt ut fra a) aramidfibre; b) polyesterfibre; c) polyamidfibre; d) cellulosefibre; e) karbonfibre; f) akrylfibre; g) polyuretanfibre; h) bomullsfibre; i) glassfibre og j) en hvilken som helst slags blanding av de foregående.

13. Fremgangsmåte til forming av et fleksibelt element for en fleksibel akselkoblingsanordning, karakterisert ved at den omfatter trinnene med: a) valg av en form som har en innvendig omkrets og vekslende aksialt forløpende tenner og langpartier langs i det minste en del av den innvendige omkrets der tann og landpartiene har en buelinjet tverrsnittsprofil, b) anbringelse av en vevnad i formen, c) anbringelse av uvulkanisert fiberholdig elastomermateriale på utsiden av vevnaden, d) anbringelse av formen i en blære, e) utøvelse av varme og trykk på blæren for å drive elastomeren gjennom strekkstrengene som bærer vevnaden og inn i formtennene, f) vulkanisering av elastomeren for å danne det nevnte fleksible koblingselement g) kjøling av det fleksible koblingselement og uttagning av det fleksible koblingselement fra formen.

14. Koblingsanordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at de stort sett stive endestykker omfatter en rekke aksialt forløpende spor som er komplementære former til tennene (56) i koblingsdelene (48, 50) for inngrep mellom endedelene og koblingsdelene (48, 50).

15. Koblingsanordning ifølge krav 13 eller krav 14, karakterisert v e d at fibermengden er i området opptil 50 vektdeler pr 100 deler elastomert materiale.