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prehelastische Gelenkwelle Die Erfindung betrifft eine drehelastische
Gelenkwelle', insbesondere zur stoßdämpfenden Übertragung von Drehmomenten bei gleichzeitigem
Vorhandensein eines Beugungswinkels und axialen Längenänderungen unter Last sowie
hohen Betriebsdrehzahlen.
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Es sind drehelastische Gelenkwellen bekannt, bei denen Gummielemente
unterschiedlicher Querschnittsform zur stoßdämpfenden Übertragung von Drehmomenten
Verwendung finden. Diese icönnen so gestaltet sein, daß sie sowohl für die Drehmomentübertragung
in Achsrichtung des antreibenden Wellenteiles als auch bei sich schneidenden Wellen
geeignet sind. Infolge ihrer meist auch in axialer Richtung vorhandenen Elastizität
können sie darüber hinaus auch in Grenzen axiale Längendifferenzen ausgleichen.
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Der bei den vorzugsweise als Gummi-Metallverbindungen ausgebildeten
Gummielementen infolge des Vulkanisationsprozesses notwendigerweise vorhandene Rundlauffehler
zwischen den Bestimmflächen setzt der natürlichen Drehzahleignung Grenzen.
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Es sind deshalb auch drehelastische Gelenkwellen bekannt geworden,
die sich einer Zwangszentrierung bedienen.
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So ist beispielsweise eine bekannte Ausführung mit einer mit dem Gehäuse
fest verbundenen Zentrierkugel ausgerüstet, von der unter Linienberührung das mit
einer zylindrischen Bohrung versehene axialverschiebbare Gegenstück geführt wird.
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In besonderen Grenzfällen werden drehelastische Gelenkwellen auch
ohne Zwangszentrierung für höhere Drehzahlen eingesetzt, wobei eine hohe radiale
Steifheit der Gummielemente und deren genaues Dustieren notwendig sind.
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Diese drehelastischen Gelenkwellen haben den Nachteil, daß sie nicht
alle geforderten Freiheitsgrade aufweisen oder in gewissen Richtungen an sich notwendige
Elastizitäten einschränken müssen, um für hohe Drehzahlen brauchbar zu sein. Ferner
verlangen sie bestimmte Ausführungsformen der elastischen Glieder und erheblichen
Dustieraufwand oder rufen beim Auftreten von Verdrehung, Beugung und axialer Bewegung
Zwangskräfte im Gummielement und an den Zentrierteilen hervor, die die Lebensdauer
der beteiligten Elemente herabsetzen. So hat die obenerwähnte Kugelzentrierung den
Nachteil, daß bei Beugung und axialer Verschiebung infolge der radialen Wegkomponente
des
axialbeweglichen Nabenteiles des Gummielementes erhebliche innere Querkräfte auftreten,
was diese Zentrierung nur für kleine Abmessungen des Gummielementes bedingt geeignet
macht.
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Auch die in bezug auf optimale Elastizität und Ausnutzung der Werkstoffestigkeit
wünschenswerte Ausbildung der Gummielemente konnte bei bisher ausgeführten oder
vorgeschlagenen Konstruktionen nicht realisiert werden, weil insbesondere auf Grund
der Auslegung der bisher bekanntgewordenen Zentrierungen Kompromißlösungen gefunden
werden mußten.
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Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteilen entgegenzuwirken und
stellt sich die Aufgabe, eine drehelastische Gelenkwelle zu schaffen, die in Umfangrichtung
und in axialer Richtung größtmögliche Elastizität aufweist, für hohe Drehzahlen
geeignet ist, den elastischen Werkstoff optimal ausnutzt und geringstmöglichen Fertigungsaufwand
erfordert.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine drehelastische Gelenkwelle gelöst,
die in an sich bekannter Weise mit Gummielementen ausgerüstet ist, deren Querschnitt
durch
Hyperbeln 3. Grades begrenzt wird. Zur weitgehenden Vermeidung
von schädlichen Zugspannungen bei Gelenkbeugung und axialer Verschiebung ist der
anvulkanisierte Außenring des Gummielementes segmentförmig unterteilt, wobei dessen
keglige Außenfläche bei der Montage des Gummielementes in das Gehäuse eine radiale
Druckvorspannung des Gummikörpers bewirkt. Diese Auslegung des Gummielementes hat
den Vorteil, neben konstanten Scherspannungen infolge des zu übertragenden Drehmomentes
eine größtmögliche axiale Verschiebung bei dadurch hervorgerufener kleinstmöglicher
zusätzlicher Beanspruchung des Gummikörpers zu ermöglichen. Dieses Gummielement
ist für- die Übertragung hoher Drehzahlen ungeeignet, sofern keine Zentrierungseinrichtung
vorhanden ist. Erfindungsgemäß wird -eine Zentrierung vorne schlagen, die durch
ein in der Nabe des Gummielementes unverschiebbar befestigtes Gelenklager gebildet
wird, das bei axialer Verschiebung auf einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Zentrierzapfen
gleiten kann.
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Die Erfindung wird anhand eines dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1: Schnittdarstellung des Gelenkes ohne Beugung und
ohne Längsverschiebung Fig. 2: Schnittdarstellung des gebeugten Gelenkes ohne Längsverschiebung
Fig. 3: Schnittdarstellung des gebeugten Gelenkes mit Längsverschiebung Ausgehend
von der Strecklage des dargestellten Gelenkes, entsprechend Fig. 1 ist in Fig. 2
zunächst der Zustand dargestellt, wie er sich beim Beugen des Gelenkes ergibt. Dabei
bleibt die Schwerpunktlage der Nabe 3 erhalten. Es verschränken sich lediglich die
Ringe des Gelenklagers 6. Die durch eine Beugung hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen
im Gummikörper 4 erzeugen ein Rückstellmoment um den Gelenkmittelpunkt M, das aber
infolge der rotationssymmetrischen Ausbildung des Gummielementes, bestehend aus
Nabe 3, Gummikörper 4 und Außenring 5, eine zusätzlichen Querkräfte auf die Zentriereinrichtung
zur Folge hat. Etwa doch vorhandene Querkräfte sind auf die Fertigungsfehler der
Einzelteile zurückzuführen und auch schon in der Strecklage zu verzeichnen, Die
bei dieser Zentrierung vorhandenen Gleitflächen innerhalb des Gelenklagere 6 und
zwischen Gelenklager 6 und Zentrierzapfen 2 haben größtmögliche Verschleißfestigkeit
und
Lebensdauer zur Folge. Diese Gleitflächen sind abgedichtet und stehen mit einem
Schmiermittelvorratsraum 9, durch den hohlgebohrten Zentrierzapfen 2 gebildet, in
Verbindung. Bei zusätzlicher Axialverschiebung gemäß Fig. 3 kommt es zu rotationssymmetrischen
Spannungsverlagerungen im Gummikörper 4, wodurch wiederum keinerlei radiale Zusatzkräfte
auf die Gleitflächen von Zentrierzapfen 2 und Gelenklager 6 ausgeübt werden. Das
Gehäuse 1 ist zusammen mit dem Zentrierzapfen 2 über Befestigungsschrauben 7 mit
der Antriebswelle 8 verbunden. De 2 der in jeder Figur dargestellten drehelastischen
Gelenke bilden den Erfindung gegenstand.