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Drehelastische Kupplung Die Erfindung betrifft eine drehelastische
Kupplung mit einer ringförmigen, auf Drehschub beanspruchten Gummischicht, die mit
einem inneren und einem äußeren zur Ein- und Ausleitung des Drehmomentes dienenden
Metallring festhaftend verbunden ist, bei dem Gummischichten sowie innerer und äußerer
Metallring mit annähernd gleichem Neigungswinkel zur Drehachse konisch gestaltet
sind und die Gummischichten und Metallringe axialsymmetrische Hälften bilden, deren
Gummischichten lediglich durch axiales Gegeneinanderspannen zweier gegenüberliegender,
beispielsweise der äußeren Metallringe auf Druck vorspannbar sind.
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Eine bekannte Kupplung dieser Art besteht aus zwei symmetrisch aufgebauten
konischen Gummi-Metall-Elementen, bei denen die äußeren Metallteile bei der Montage
axial zusammengezogen werden, um dem Gummi die zur Gewährleistung hoher Dauerfestigkeit
erforderliche Druckvorspannung zu erteilen. Bei dieser bekannten Ausführung kann
die Gummischicht in radialer Richtung nicht beliebig stark gestaltet werden, weil
dann der volumbeständige Gummi seitlich ausweicht und keine ausreichende Druckvorspannung
erhält. Die Gummischicht muß daher im Verhältnis zum Radius der Kupplung dünn gehalten
werden, und es wird nur ein relativ kleiner Verdrehwinkel erreicht, der beispielsweise
für die Schwingungsprobleme bei Schiffsantrieben in den meisten Fällen nicht ausreicht.
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Es sind weiterhin drehelastische Kupplungen bekannt, bei denen in
den Gummi einvulkanisierte metallische Zwischenringe angeordnet sind. Derartige
Zwischenringe verhindern die Querdehnung des anliegenden Gummis, sofern dieser mit
den anliegenden Metallteilen festhaftend verbunden ist, und steigern daher die Drucksteifigkeit
in radialer Richtung auf ein Vielfaches. Bei dieser bekannten Ausführung sind zwar
die einzelnen Gummiringe im Querschnitt stufenförmig gegeneinander abgesetzt, es
besteht je-
doch nicht die Möglichkeit, dem Gummi eine Druckvorspannung zu
erteilen und eine befriedigende hohe Dauerfestigkeit zu erzielen.
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Ferner sind drehelastische Kupplungselemente bekannt, bei denen der
Gummi mit den inneren und äußeren Metallteilen zylindrische, konische oder ballige
Drehschubelemente bildet, deren Gummi ebenfalls durch einvulkanisierte Metallteile
in seiner Querdehnung behindert ist, um eine höhere radiale Steifigkeit zu erzielen.
Auch bei diesem Element gibt es keine Möglichkeit, dem Gummi in radialer Richtung
eine Druckvorspannung zu erteilen und eine befriedigende Dauerfestigkeit zu erreichen.
Eine weitere bekannte Kupplungsausführung besitzt einen drehmomentübertragenden
Gummikörper, der zwischen fest mit ihm verbundenen, kugelig zum Gelenkmittelpunkt
angeordneten Flächen der inneren und äußeren Metallteile liegt, und ist in der radialen
Mittelebene geteilt. Bei dieser Ausführung ist ein axiales Zusammenziehen der äußeren
Metallteile bei oder vor der Montage zur Erzielung einer Druckvorspannung im Gummi
nicht vorgesehen. Sofern man die äußeren Metallteile axial zusammenziehen würde,
könnte dennoch keine genügende Druckvorspannung im Gummi hervorgerufen werden, weil
dieser bei der beschriebenen, radial relativ dicken, aber axial schmalen Gummischicht
seitlich ausweicht. Die kugelige Gestaltung soll und kann hier nur eine bessere
kardanische Beweglichkeit der Kupplung bewirken.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung
mit großer Drehelastizität zu schaffen, die auch bei Auslenkungen in axialer Richtung
nur kleine rückführende Kräfte aufweist, wirtschaftlich herstellbar ist und eine
hohe Dauerfestigkeit gewährleistet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer drehelastischen
Kupplung mit einer ringförmigen, auf Drehschub beanspruchten Gununischicht der eingangs
beschriebenen Art in Vereinigung an sich bekannter Maßnahmen die Gummischicht durch
eine oder mehrere einvulkanisierte freie Zwischenringe unterteilt, wobei die so
gebildeten Gummiringe in ihrer axialen Länge nach außen hin abnehmen.
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Die konische Gestaltung der aus zwei axialsymmetrischen Hälften bestehenden
Drehschubelemente ermöglicht ein einfaches Druckvorspannen aller durch die konischen
Metallzwischenringe getrennten
Gummischichten, indem man beispielsweise
nur die äußeren konischen Metallteile in axialer Richtung zusammenzieht. Diese verschieben
über die angehaftete Gummischicht die weiteren freien Zwischenringe und Gummischichten
in axialer Richtung und rufen dadurch eine radial wirkende Druckkraft,
d. h. eine Druckvorspannung auf die dazwischenliegenden Gummischichten hervor.
Die radiale Drucksteifigkeit und entsprechend die Druckvorspannung der Gummischichten
wird durch die einvulkanisierten freien konischen Zwischenringe, die eine Querdehnung
des Gununis verhindern, gegenüber einer nicht unterteilten Gummischicht gleicher
Stärke auf ein Vielfaches erhöht. Da die Gummischichten in ihrer axialen Länge nach
außen hin abnehmen, können die axialen Federkonstanten der einzelnen hintereinandergeschalteten
Gummiringe etwa gleich groß gehalten und in den einzelnen Schichten Druckvorspannungen
gleicher Größe erzielt werden. Durch geeignete Wahl der Gummischichten hinsichtlich
ihrer axialen Länge kann die Druckvorspannung jedes Ringes dem für den jeweiligen
Gummiquerschnitt erforderlichen Wert entsprechend eingestellt werden. Die Druckvorspannung
ist bekanntlich für die Dauerfestigkeit drehschubbeansprachter Gummi-Metall-Elemente
ausschlaggebend. Durch sie werden die Kautschukmoleküle gerichtet, die Schrumpfspannungen
im Gummi beseitigt und an den Haftflächen eine Reibungshaftung hervorgerufen, die
auch bei schlechter Haftung zur Kraftübertragung zwischen Gummi und Metall ausreicht.
Weiterhin wirken sich die Zwischenringe dadurch vorteilhaft aus, daß sie die Spannungen
jeder Gummischicht richten und gleichmäßig über den Gummi verteilen und daher bei
der Verdrehbeanspruchung einen einwandfreien Kraftverlauf ohne Spannungsspitzen
gewährleisten. Auch im äußeren, axial kürzesten Gummiring wird der elastische Werkstoff
voll ausgenutzt, aber Spannungshäufungen vermieden.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die einzelnen Gummiringe im
Querschnitt stufenförmig gegeneinander abgesetzt sind. Diese Ausbildung der Gummiquerschnitte
ermöglicht bei zweckmäßigem Spannungsverlauf eine günstige Form des Gummikörpers,
dessen Mittellinie senkrecht zu den Metallteilen verlaufen sollte. Bei mehreren
hintereinandergeschalteten, durch Zwischenringe unterbrochenen Schichten würde eine
hinsichtlich ihres Kraftverlaufs günstig ausgelegte Kupplung eine größere axiale
Länge beanspruchen, wenn die Gumn-likörper nicht stufenförmig gegeneinander abgesetzt
sind.
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Weiterhin sind nach der Erfindung die axialen Abstände der einander
gegenüberliegenden Gummiringe vor dem axialen Zusammenspannen beider Kupplungshälften
unterschiedlich groß. Auch durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Vorspannung
dem Querschnitt des Gummikörpers angepaßt werden kann. Beispielsweise muß ein Körper
mit kleiner axialer Länge, aber großer radialer Stärke um einen größeren Anteil
seiner unvorgespannten Stärke vorgespannt werden als ein Körper großer axialer Länge
bei kleiner radialer Stärke, wenn der zur Erhöhung der Dauerfestigkeit günstigste
Wert erzielt werden soll. Ferner dient die unterschiedliche Vorspannung dazu, die
einvulkanisierten Ringe und Gummischichten beider Kupplungshälften je nach
Erfordernis mehr oder weniger stark aneinander zur Anlage kommen zu lassen. Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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Ab b. 1 zeigt einen Querschnitt durch die elastische Kupplung
im eingebauten Zustand; A b b. 2 stellt die Seitenansicht der Kupplung nach
Ab b. 1 dar-A b b. 3 zeigt einen Querschnitt durch zwei Kupplungshälften
im nicht vorgespannten Zustand; Ab b. 4 stellt eine dreischichtige elastische
Kupplung im vorgespannten Zustand dar; A b b. 5 zeigt die nach
A b b. 4 im nicht vorgespannten Zustand.
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Nach den Ab b. 1 und 2 ist zwischen einer treibenden Welle
1 und einer getriebenen Welle 2 eine drehelastische Kupplung eingebaut, die
aus zwei symmetrisch ausgebildeten Hälften besteht. Jede Hälfte weist einen metallischen
Innenring 3 und einen metallischen Außenring 4 mit einer dazwischen eingesetzten
Gummischicht 6, 7 auf, die ein metallischer Zwischenring 5 in zwei
Ringe 6 und 7 unterteilt. Die metallischen Ringe 3, 4 und
5 sowie die Gununischicht 6, 7
sind konisch gestaltet und durch Schrauben
8 gegeneinander gespannt, so daß in den Gummiringen 6
und
7 eine Druckvorspannung entsteht. Eine in dieser Art aufgebaute elastische
Kupplung ist in Ab b. 3 im nichtvorgespannten Zustand dargestellt, wobei
der Neigungswinkel * des Gummiringes 7
kleiner ist als der Neigungswinkel
fl des Gummiringes 6. Die metallischen Ringe 3, 4 und 5 sind
nur innerhalb der Gummischicht 6, 7 ün Querschnitt konisch ausgebildet. Die
vorstehenden Enden 9 und 10 der metallischen Ringe 4 und
5 verlaufen zylindrisch.
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Ab b. 4 zeigt eine Kupplung, deren Gummischicht durch zwei
Zwischenringe 11 und 12 in drei Gummiringe 13, 14 und 15 unterteilt
ist. Die gleiche Kupplung ist in Ab b. 5 im nichtvorgespannten Zustand dargestellt.
Die Druckvorspannung in axialer Richtung nimmt in den Gummiringen 13, 14
und 15 nach außen hin zu, so daß die Zwischenringe 11 und 12 und der
äußere metallische Ring 16 nacheinander von innen nach außen zur Anlage
kommen.
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Anstatt Gummi kann für die Kupplung auch jeder andere gummielastische
Werkstoff verwendet werden.