DE19530905A1 - Drehelastische Kupplung mit verschiedenen Kupplungselementen für eine mehrstufige Drehmomentübertragung - Google Patents
Drehelastische Kupplung mit verschiedenen Kupplungselementen für eine mehrstufige DrehmomentübertragungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine drehelastische Kupplung mit ver
schiedenen Kupplungselementen für eine mehrstufige Drehmo
mentübertragung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite, wobei
wenigstens ein erstes Kupplungselement für eine erste Kupp
lungsstufe in einem unteren Lastbereich und die weiteren
Kupplungselemente für wenigstens eine weitere Kupplungsstufe
in einem höheren Lastbereich vorgesehen sind.
Eine zweistufige drehelastische Kupplung ist aus der DE 43 09
745 A1 bekannt. Die erste Kupplungsstufe wird dabei durch
Gummirollenkörper und die zweite Kupplungsstufe durch form
schlüssig miteinander in Wirkverbindung stehende Klauenele
mente gebildet.
Es ist auch bekannt (DE 44 03 477 C1), eine dreistufige
drehelastische Kupplung vorzusehen, die eine erste drehweiche
Kupplungsstufe, eine zweite, erheblich drehsteifere Kupp
lungsstufe und eine dritte, drehweiche Kupplungsstufe auf
weist. Die verschiedenen Kupplungsstufen sind so aufeinander
abgestimmt, daß sie in unterschiedlichen Lastbereichen entwe
der hintereinander- oder/und parallelgeschaltet sind.
Bekannt sind auch einstufige elastische Scheibenkupplungen,
die ein scheibenförmiges Gummielement aufweisen, das an
triebs- und abtriebsseitig jeweils anvulkanisiert ist. Die
Vulkanisierungsstellen sind bei solchen Kupplungen Schwach
punkte, die die maximal zulässige Schubbeanspruchung des Gum
mielementes und damit die Leistungsgrenze für die Kupplung
definieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehelastische Kupplung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die über ein breites
Leistungsspektrum sowohl in geringen Lastbereichen als auch
in hohen Lastbereichen eine sichere und exakte Kraftübertra
gung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für die erste Kupp
lungsstufe wenigstens ein antriebs- und abtriebsseitig anvul
kanisiertes Gummielement vorgesehen ist, und daß die weiteren
Kupplungselemente derart auf das wenigstens eine Gummielement
abgestimmt sind, daß sie ab einem definierten Lastbereich des
wenigstens einen Gummielementes wirksam werden. Für die erste
Kupplungsstufe, d. h. für untere Lastbereiche, werden somit
die Vorteile der an sich bekannten anvulkanisierten Gummiele
mente übernommen, nämlich insbesondere ein definiertes Ver
halten im Nullpunkt und keine Unstetigkeitsstelle bei Dreh
richtungswechseln. Die weiteren Kupplungselemente eignen sich
auch für hohe Lastbereiche, so daß mit der erfindungsgemäßen
zwei- oder mehrstufigen Kupplung ein breites Leistungsspek
trum abgedeckt ist. Dabei wird ab einem bestimmten Lastbe
reich, der unterhalb der maximalen Belastbarkeitsgrenze des
anvulkanisierten Gummielementes liegt, die Kraftübertragung
durch die weiteren Kupplungselemente übernommen, so daß eine
Überlastung des Gummielementes vermieden wird, obwohl die ma
ximale Belastbarkeit der wenigstens einen weiteren Kupplungs
stufe wesentlich höher liegt als die maximale Belastbarkeit
des Gummielementes und damit der ersten Kupplungsstufe.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Gum
mielement scheiben- oder scheibensegmentförmig ausgebildet.
Das Vorsehen von scheibensegmentförmigen Gummielementen hat
den Vorteil, daß zwischen verschiedene Gummisegmente andere
Kupplungselemente der weiteren Kupplungsstufen in der glei
chen Radialebene angeordnet werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind für die wenig
stens eine weitere Kupplungsstufe mehrere über den Kupplungs
umfang verteilte, laschen- oder stegartig ausgebildete und im
wesentlichen radial ausgerichtete Zugelemente vorgesehen. Bei
diesen Kupplungselementen wird das Drehmoment durch Zugbean
spruchung übertragen. Diese Zugelemente haben den Vorteil,
daß sie für die der ersten Kupplungsstufe nachfolgenden Kupp
lungsstufen eine große Leistungsdichte erzielen, gleichzeitig
jedoch eine kompakte Bauform aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind als weitere
Kupplungselemente formschlüssig wirksame Klauenelemente vor
gesehen. Diese Klauenelemente haben den Vorteil, daß sie auch
bei einer Überlastung der Kupplung eine Entkopplung von An
triebs- und Abtriebsseite verhindern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das wenigstens
eine Gummielement und die Kupplungselemente der weiteren
Kupplungsstufe auf gleicher axialer Höhe - auf die Kupplungs
achse bezogen - jedoch in Umfangsrichtung zueinander beab
standet angeordnet. Dadurch weist die Kupplung eine relativ
geringe axiale Baulänge auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zugelemente
im unbelasteten Zustand radial vorgespannt. Dadurch setzt die
Kraftübertragung durch die Zugelemente bereits bei geringeren
Verdrehwinkeln ein, wodurch der Übergang zwischen erster und
zweiter Kupplungsstufe und insbesondere der Einsatzbeginn der
Kraftübertragung durch die Zugelemente nicht ruckartig, son
dern sanft erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind als Zugelemente
hochstabile Bänder oder Seile, insbesondere aus Stahl, vorge
sehen. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Kupplung wei
ter erhöht, da die Zugelemente auch für sehr hohe Lastberei
che einsetzbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klauenele
mente alternierend der Antriebs- und der Abtriebsseite zuge
ordnet und treten unter Zwischenlagerung elastischer Druck
körper miteinander in Wirkverbindung. Die an sich bekannten
elastischen Druckkörper bewirken einen relativ sanften Ein
satzbeginn des Ineinandergreifens der Klauenelemente. Die
formschlüssige Mitnahme durch die Klauenelemente verhindert
auch im Überlastbetrieb eine Entkopplung von Antriebs- und
Abtriebsseite.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an
hand der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise eine Frontansicht einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweistufigen
Kupplung, bei denen die unterschiedlichen Kupplungs
elemente im wesentlichen in einer gemeinsamen Radial
ebene angeordnet sind,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1 entlang
der Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine weiteren Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1
entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 1, und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kupplung, bei der die unter
schiedlichen Kupplungselemente in zwei axial zueinan
der versetzten Radialebenen angeordnet sind.
Eine elastische Kupplung nach den Fig. 1 bis 3 weist eine
Kupplungsnabe (2) auf, die mittels einer Aufnahmebohrung (13)
auf eine Antriebswelle eines Antriebsaggregates, insbesondere
eines Bootsantriebes, aufschiebbar ist. Die Kupplungsnabe (2)
weist eine Mittellängsachse (4) auf, die im aufgeschobenen
Zustand des Kupplungsflansches (2) mit einer Antriebsachse
der Antriebswelle identisch ist. In der Aufnahmebohrung (13)
ist in an sich bekannter Weise eine Axialnut vorgesehen, die
in Verbindung mit einem korrespondierenden Paßstück auf der
Antriebswelle eine drehschlüssige Mitnahme der Kupplungsnabe
(2) bei einer Drehung der Antriebswelle gewährleistet. Ab
triebsseitig weist die Kupplung (1) einen ringförmigen Kupp
lungsflansch (3) auf, der mit geeigneten, jedoch nicht näher
dargestellten Elementen der Abtriebsseite fest verbunden ist.
Die antriebsseitige Kupplungsnabe (2) und der abtriebsseitige
Kupplungsflansch (3) werden durch verschiedene elastische
Kupplungselemente (5, 6) miteinander verbunden, wobei alle
elastischen Kupplungselemente (5, 6) zum einen an der Kupp
lungsnabe (2) und zum anderen an dem Kupplungsflansch (3) be
festigt sind und sich im wesentlichen radial zwischen der
Kupplungsnabe (2) und dem Kupplungsflansch (3) nach außen er
strecken.
Als Kupplungselemente dienen zum einen zwei einander - auf
die Längsachse (4) bezogen - diagonal gegenüberliegende ela
stische Scheibensegmente (6), die aus Gummi gebildet sind.
Radial innen ist jedes der beiden Gummischeibensegmente (6)
an einem inneren Metallteil (7) und an einem äußeren Metall
teil (8) anvulkanisiert. Das Metallteil (7) ist mittels eines
kreisbogenförmigen Befestigungsflansches und mehreren
Schraubverbindungen (9) mit einem Radialflanschsegment der
Kupplungsnabe (2) fest verbunden. Das obere Metallteil (8)
wird mittels analoger Schraubverbindungen (9), die in den
Zeichnungen nicht dargestellt sind, mit dem Kupplungsflansch
(3) fest verbunden. Über den Kreisumfang der Kupplung (1) ge
sehen bilden daher die beiden Gummischeibensegmente (6), von
denen in Fig. 1 lediglich eines dargestellt ist, jeweils ein
Viertelkreissegment, wobei die beiden Viertelkreissegmente
einander diagonal und damit punktsymmetrisch zur Kupplungs
achse (4) (Fig. 1) gegenüberliegen.
In den verbleibenden Viertelkreissegmenten der Kupplung (1)
sind die Kupplungselemente (5) angeordnet, die als Zugelemen
te dienende Laschenkörper (5) darstellen. Die Anordnung sol
cher Laschenkörper (5) als elastische Kupplungsglieder ist
bereits aus der DE-OS 25 10 197 bekannt. Jeder Laschenkörper
(5) weist eine rautenähnliche Form (Fig. 1) auf und ist an
seinem oberen und an seinem unteren Ende mit jeweils einer
den Laschenkörper (5) achsparallel zur Kupplungsachse (4)
durchdringenden Aufnahmehülse aus Metall versehen. Die La
schenkörper (5) selbst sind aus Gummi hergestellt und mittels
zusätzlicher Gewebeeinlagen verstärkt. Dadurch weisen die La
schenkörper (5) eine wesentlich höhere Belastbarkeit auf als
die Gummischeibensegmente (6). Dafür sind die Laschenkörper
(5) auch erheblich drehsteifer als die Gummischeibensegmente
(6). Jeder Laschenkörper (5) wird mittels eines durch die un
ter Aufnahmehülse hindurchgeschobenen Bolzens (10) mit zwei
Radialflanschteilen der Kupplungsnabe (2) verbunden. Ein ab
triebsseitig befestigter Metallflansch (12) weist ebenfalls
zwei Radialflanschansätze auf, an denen das obere Ende jedes
Laschenkörpers (5) mittels eines durch die obere Aufnahmehül
se hindurchgeschobenen Bolzens (11) gehalten ist. Der La
schenkörper (5) ist in gewissen Grenzen um die Längsachsen
der beiden Bolzen (10 und 11) schwenkbeweglich, so daß eine
gewisse Drehnachgiebigkeit auch durch die Laschenkörper (5)
gegeben ist. Pro Viertelkreissegment der Kupplung (1) sind
beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Laschenkörper (5)
vorgesehen, so daß die Kupplung (1) insgesamt vier Laschen
körper (5) und zwei Gummischeibensegmente (6) aufweist.
Die Laschenkörper (5) und die Gummischeibensegmente (6) sind
so aufeinander abgestimmt, daß für einen unteren Lastbereich
zunächst ausschießlich die Gummischeibensegmente (6) wirksam
sind und beim Hochfahren der Kupplung (1) aus dem Leerlauf
allmählich die Laschenkörper (5) insbesondere für die Kraft
übertragung in hohen Lastbereichen wirksam werden.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen, jedoch nicht dargestell
ten Ausführungsbeispiel sind Laschenkörper und Gummischeiben
segmente zwar ebenfalls in einer Reihe, d. h. im wesentlichen
in einer gemeinsamen Radialebene, angeordnet. Bei diesem Aus
führungsbeispiel sind die Gummischeibensegmente jedoch schma
ler ausgestaltet, so daß insgesamt vier Gummischeibensegmente
eingesetzt werden. Dabei sind alternierend immer jeweils ein
Gummischeibensegment und ein Laschenkörper in Umfangsrichtung
hintereinander angeordnet.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind als Kupp
lungselemente zwischen Antriebs- und Abtriebsseite zum einen
Gummischeibensegmente (6) und zum anderen Laschenkörper (5)
angeordnet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 1 und 3, bei dem die verschiedenen Kupplungselemente (5
und 6) auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind, sind beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die Laschenkörper (5) und die
Gummischeibensegmente (6) - auf die Kupplungsachse (4) bezo
gen - axial in Abstand hintereinander angeordnet. Dazu ist
die Kupplungsnabe (2a) mit einem Axialansatz (14) versehen,
durch den auch die axiale Länge der Aufnahmebohrung (13a)
vergrößert ist. An der Kupplungsnabe (2a) sind analog der An
ordnung gemäß Fig. 2 mehrere Laschenkörper (5) über den Um
fang der Kupplungsnabe (2a) verteilt angeordnet. Der Metall
flansch (12a) entspricht im wesentlichen dem Metallflansch
(12) gemäß Fig. 2, mit dem Unterschied, daß er ringförmig
ausgebildet ist und sich über den gesamten Umfang der Kupp
lung (1) erstreckt. Außerdem weist er an seinem hinteren Ende
einen Flanschansatz für die axiale Befestigung des Metalltei
les (8) auf, an dem ein oberer Bereich des jeweiligen Gummi
scheibensegmentes (6) anvulkanisiert ist. Das korrespondie
rende untere Metallteil (7) ist mit einem radial nach unten
abragenden Befestigungsansatz versehen, der mit Hilfe von
Schraubverbindungen (16) an einer radial ausgerichteten Na
benscheibe (15) befestigt ist, die wiederum mit Hilfe von
Schraubverbindungen an dem Axialansatz (14) der Kupplungsnabe
(2a) befestigt ist. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Aus
führungsbeispiel ähnlich Fig. 4 ist das Gummischeibensegment
über den gesamten Umfang der Kupplung (1) erstreckt, so daß
es einen über den gesamten Umfang umlaufenden Scheibenring
darstellt. In einer Schnittdarstellung würde jedoch auch die
ses Ausführungsbeispiel exakt der Darstellung nach Fig. 4
entsprechen. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die unter
schiedlichen Kupplungselemente axial hintereinander angeord
net. Die Funktionsweise dieser Kupplung entspricht der Kupp
lung (1) nach den Fig. 1 bis 3.
Bei allen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Kupplungen
wird durch die unterschiedlichen Kupplungselemente (5 und 6)
eine zweistufige Kupplung geschaffen, wobei für eine erste
Kupplungsstufe in einem unteren Lastbereich zur Kraftübertra
gung die Gummischeibensegmente (6), bzw. ein korrespondieren
der Scheibenring, vorgesehen sind. Für die zweite Kupplungs
stufe dienen die drehsteiferen und aufgrund ihrer Gewebeein
lagen wesentlich höher belastbaren Laschenkörper (5), so daß
die Laschenkörper (5) ab einem bestimmten Lastbereich zusätz
lich zu der bereits beanspruchten Gummischeibensegmentstufe
wirksam werden. Dadurch, daß ab einem bestimmten Lastbereich
die durch die Laschenkörper (5) gebildete zweite Kupplungs
stufe hinzukommt, wird eine Überlastung der ersten Kupplungs
stufe, nämlich der Gummischeibensegmente (6), vermieden, da
die Gummischeibensegmente (6) durch unterschiedliche Verdre
hung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite lediglich so weit
auf Schub beansprucht werden, bis die Laschenkörper (5) wirk
sam werden.
Bei weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der
Erfindung sind die Laschenkörper weiter stabilisiert, indem
sie als hochstabile Zugelemente in Form von Stahlbändern oder
Stahlseilen ausgebildet sind. Auch diese verstärkten Laschen
körper sind jedoch wie bei den dargestellten Ausführungsfor
men mit hochelastischen Gummischeiben oder Gummischeibenseg
menten kombiniert.
Bei einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Laschenkörper (5) für die zweite Kupp
lungsstufe durch alternierende antriebs- und abtriebsseitig
angeordnete Klauenelemente ersetzt, die in Umfangsrichtung
formschlüssig miteinander in Verbindung treten, sobald ein
definierter Lastbereich beim Hochfahren der Kupplung aus dem
Leerlauf erreicht ist. Um schlagartige Stöße beim Wirksamwer
den, d. h. beim Aufeinandertreffen der Klauenelemente zu ver
hindern, sind zwischen den benachbarten und in Wirkverbindung
tretenden Klauenelementen an der Antriebs- bzw. an der Ab
triebsseite elastische Druckkörper vorgesehen, die den An
schlag der Klauenelemente gegeneinander und damit den Beginn
der Kraftübertragung zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite
dämpfen. Auch diese Klauenelemente sind auf anvulkanisierte
Gummischeibensegmente für die erste Kupplungsstufe abge
stimmt.
Vorstehend wurden lediglich zweistufige Kupplungen beschrie
ben, wobei eine erste Kupplungsstufe drehweiche und die zwei
te Kupplungsstufe drehsteifere Kupplungsglieder aufwies. Die
Erfindung betrifft jedoch auch Kupplungen mit drei oder mehr
Kupplungsstufen, wobei die Drehsteifigkeit von der ersten bis
zur letzten Kupplungsstufe schrittweise erhöht wird.
Claims (9)
1. Drehelastische Kupplung mit verschiedenen Kupplungsele
menten für eine mehrstufige Drehmomentübertragung zwischen
Antriebs- und Abtriebsseite, wobei wenigstens ein erstes
Kupplungselement für eine erste Kupplungsstufe in einem unte
ren Lastbereich und die weiteren Kupplungselemente für wenig
stens eine weitere Kupplungsstufe in einem höheren Lastbe
reich vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die
erste Kupplungsstufe wenigstens ein antriebs- und abtriebs
seitig anvulkanisiertes Gummielement (6) vorgesehen ist, und
daß die weiteren Kupplungselemente (5) derart auf das wenig
stens eine Gummielement (6) abgestimmt sind, daß sie ab einem
definierten Lastbereich des wenigstens einen Gummielementes
(6) wirksam werden.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das wenigstens eine Gummielement (6) scheiben- oder scheiben
segmentförmig ausgebildet ist.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
für die wenigstens eine weitere Kupplungsstufe mehrere über
den Kupplungsumfang verteilte, laschen- oder stegartig ausge
bildete und im wesentlichen radial ausgerichtete Zugelemente
(5) vorgesehen sind.
4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als weitere Kupplungselemente formschlüssig wirksame Klau
enelemente vorgesehen sind.
5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gummielement
(6) und die Kupplungselemente (5) der weiteren Kupplungsstufe
auf gleicher axialer Höhe - auf eine Kupplungsachse (4) bezo
gen - jedoch in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ange
ordnet sind.
6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gummielement
(6) in einer ersten Radialebene und die Kupplungselemente (5)
der weiteren Kupplungsstufe in wenigstens einer zweiten,
axial zu der ersten Radialebene versetzten Radialebene ange
ordnet sind.
7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Zugelemente im unbelasteten Zu
stand radial vorgespannt sind.
8. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Zugelemente hochstabile Bänder
oder Seile, insbesondere aus Stahl, vorgesehen sind.
9. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Klauenelemente alternierend der Antriebs- und der Ab
triebsseite zugeordnet sind und unter Zwischenlagerung ela
stischer Druckkörper miteinander in Wirkverbindung treten.
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