DE2265129B2 - Ring aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung - Google Patents
Ring aus elastischem Material für eine elastische WellenkupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ring aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung, der aus
einer Reihe von rechteckigen Säulen besteht, die mit ihren Längsachsen längs den Seiten eines ebenen
Polygons angeordnet sind, und Arme aufweist, die sich in Querrichtung zu den Längsachsen der Säulen an
jedem Schnittpunkt zweier benachbarter Säulen erstrecken und bezüglich der Ebene des Polygons
alternierend nach vorn bzw. hinten ausgerichtet sind.
Es wurde bisher versucht, flexible Kupplungen aus nichtmetallischem, federndem oder elastischem Material,
beispielsweise Kautschuk, herzustellen, weil dieses Material für derartige Kupplungen vorteilhaft ist Diese
Kupplungen brauchen beispielsweise nicht geschmiert zu werden. Sie sind im allgemeinen preisgünstig
herstellbar und federn unter Torsionsbelastung. In den meisten Fällen wird die damit verbundene Anordnung
stoßartigen Belastungen ausgesetzt Die Art der Kupplung bestimmt das Ausmaß, um welches der Stoß
von einer Welle zur anderen weitergegeben wird. Elastische Kupplungen sind besonders dort attraktiv,
wo eine minimale Weitergabe stoßartiger Belastungen gewünscht wird.
Kupplungen aus derartigen Materialien arbeiten jedoch nicht immer zufriedenstellend, weil das elastische
Material Nachteile mit sich bringt Natürlicher Kautschuk beispielsweise hat schlechte mechanische
Eigenschaften in Bezug auf die Spannung. Es neigt zu Rissen, wodurch größere Oberflächen von Ozon
angegriffen werden können. Ein synthetischer Kautschuk unterliegt nicht in diesem Maße den Angriffen
durch Ozon. Diese synthetischen Kautschuke haben jedoch mechanische Eigenschaften, die, verglichen mit
den Kupplungen, die aus natürlichem Kautschuk bestehen, noch schlechter sind, insbesondere bei
Anwendungen, die Kupplungsspannungen unterworfen sind, die von einer Torsionslast und von einer axialen
und winkeligen Fehlausrichtung herrühren.
Diese Nachteile werden generell durch Verwendung eines vorkomprimierten Ringes aus einem Elastomer
vermieden, der zwischen einem Nabenpaar an einem Paar von im wesentlichen koaxialen Wellen montiert ist.
Ein Beispiel eines derartigen elastischen Ringes, von dem die Erfindung ausgeht, ist in der US-Patentschrift
32 96 827 gezeigt Dort verlaufen alle das Ringpolygon ausbildenden Säulen in einer Ebene.
Es wurde jedoch gefunden, daß die Vorkomprimierung des Ringes aus elastomerem Material in manchen
Fällen axiale Lagerkräfte im Ring hervorruft, die durch dessen Verbindung mit den Weilen übertragen werden.
Diese axialen Lagerkräfte sind im allgemeinen unerwünscht, wenn die Wellen in Lagern gelagert sind.
Sogar bei einem Drehmoment gleich Null und bei ίο vollständigem Fluchten können die axialen Lagerkräfte
sehr groß sein und rufen unerwünschte Spannungen und
Kräfte an den Wellenlägern hervor, wenn sie an die Wellen weitergegeben werden. Diese Spannungen und
Kräfte rufen in manchen Fällen eine übermäßige Abnutzung und eine verkürzte Lebensdauer hervor.
weiterzubilden, daß bei ejner Verbesserung der elastisch
kuppelnden Eigenschaften des Ringes die axialen
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet daß die Längsachsen zweier benachbarter
Säulen in Richtung der Ringachse einen Winkel miteinander und einen spitzen Winkel mit der
Längsachse des von diesem Schnittpunkt ausgehenden Armes einschließen. Dadurch werden die axialen
Lagerkräfte, die von der Vorkomprimierung des Ringes geschaffen werden, wesentlich verringert bzw. ganz
eliminiert, und zwar bei jedem Drehmomentniveau.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Längsachsen von jeweils benachbarten Säulen stumpfe Winkel miteinander einschließen.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Längsachsen von jeweils benachbarten Säulen stumpfe Winkel miteinander einschließen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
J5 F i g. 1 in einer auseinandergezogenen Ansicht eine elastische Wellenkupplung;
J5 F i g. 1 in einer auseinandergezogenen Ansicht eine elastische Wellenkupplung;
F i g. 2 perspektivisch eine Ansicht eines Teiles des Ringes nach Fig. 1; woraus verschiedene Ausbildungen
von Einschnitten ersichtlich werden;
F i g. 3 eine abgebrochene Draufsicht auf den Ring nach F i g. 1;
F i g. 3 eine abgebrochene Draufsicht auf den Ring nach F i g. 1;
Fig.4 eine ebenfalls abgebrochene Draufsicht auf
eine andere Ausbildung des Ringes.
Eine elastische Wellenkupplung 10 ist für zwei im « allgemeinen koaxial miteinander fluchtende Wellen 12
und 14 vorgesehen. Die Kupplung umfaßt einen Ring mit einer Reihe von rechteckigen, elastischen Säulen 18,
die mit ihren Längsachsen 20 längs den Seiten eines flachen Polygons ausgerichtet sind, wie dies aus F i g. 1
so hervorgeht Ein Arm 24 erstreckt sich in Querrichtung
von der Längsachse 20 am Schnittpunkt 26 zweier benachbarter Säulen 18. Die Arme 24 weisen abwechselnd
nach vorn und rückwärts, jeweils bezogen auf die Ebene des flachen Polygons. Naben 28 und 30 sind mit
jeder der Wellen 12 und 14 fest verbunden, die jeweils die alternierenden Arme 24 des Rings 16 aufnehmen. Ein
Befestigungselement, beispielsweise eine Schraube 32, wirkt radial durch jeden Arm 24 und verbindet die Arme
24 mit den Naben 28 und 30, wodurch der Radius des Ringes 16 verringert wird. Dadurch wird auf die Säulen
18 eine Vorkompressionslast ausgeübt Ein Einschnitt 34 (Fig. 1) ist an jeder der Vorder- und Rückseiten jeder
Säule 18 vorgesehen und erstreckt sich vom Fuß der Arme 24 zum entgegengesetzten Ende 36 jeder Säule
18. Damit werden die axialen Lagerkräfte reduziert, die im Ring über die Kompression des Ringes bei der
Verbindung mit den Naben 28 und 30 erzeugt werden. Diese Kompression bleibt während der Vorkomprimie-
rung des Ringes erhalten.
Die Naben 28 und 30 können mit den Wellen 12 und 14 auf irgendeine geeignete Weise fest verbunden
werden, beispielsweise durch Schrauben 38, die durch entsprechende Gewindebohrungen 40 in Kragen 42
reichen, die an den Naben 28 und 30 ausgebildet sind,
und die nach innen bis zu den Wellen 12 und 14 reichen. Die Naben haben an ihrem Umfang keilförmige Schlitze
44. Die Schlitze 44 sind bei der gezeigten Ausführungsform
gleichmäßig voneinander rings um die Naben 28 und 30 verteilt angeordnet In der Mitte eines jeden
Schlitzes 44 befindet sich eine Gewindebohrung 46.
Die Arme 24 sind so ausgebildet, daß sie in die
Schlitze 44 passen. Die Arme sind daher ebenfalls entsprechend keilförmig ausgebildet, so daß sie den
Schlitzen 44 entsprechen. Die Arme 24 schließen fernerhin ein Loch 48 ein, durch das ein Befestigungselement,
beispielsweise die Schraube 32 geschraubt werden kann. Das Loch 43 kann mit einer Erweiterung 50
versehen sein, die den Kopf der Schraube 32 aufnimmt
Die Arme 24 erstrecken sich alternierend von beiden Seiten des Ringes 16, d.h. ein Arm nach vorn, der
nächste rückwärts usw. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich vier Arme 24 in die eine
und vier Arme 24 in die andere Richtung. Die Arme 24 an jeder Seite halten voneinander vorzugsweise einen
Winkelabstand von 90°, so daß der Winkel zwischen jeweils benachbarten Armen 45° beträgt. Der radiale
Abstand der Arme 24 von der Mitte des Ringes 16 in freiem Zustand ist um 10 bis 20% größer als der feste
radiale Abstand der Schlitze 44 von der Mitte der Wellen 12 und 14. Beim Befestigen der Arme 24 in
Schlitzen 44 verringert sich der Durchmesser des Ringes 16 und komprimiert dessen Material. Die Arme 24 sind
lang genug, um die axiale Länge 52 des Ringes 16 und )">
die axiale Länge 54 des Schlitzes 44 in den Naben 28 und 30 zu überspannen.
Der Ring 16 ist aus elastischem Material hergestellt vorzugsweise aus einem Material, wie Kautschuk, das
unter einer Kompressionslast deformierbar ist. Es kann auch ein Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, verwendet
werden. Die Natur dieses Materials hängt von den jeweiligen Anforderungen ab.
Der Kautschuk, aus dem der Ring 16 hergestellt ist, besitzt vorzugsweise eine Härte von 55—65 Shore A
(Shore A Durometer Hardness 55—65). Wenn das Material zu weich ist deformiert es sich zu stark, und
wenn es zu hart ist überträgt es Lagerlasten auf die Wellen 28 und 30, die nicht übertragen werden können.
Einschnitte 34, die an jeder Vorder- und Rückseite r>o
jeder Säule 18 ausgebildet sind, erstrecken sich vom Fuß der Arme 24 zum entgegengesetzten Ende 36 der
Säulen 18. Es wurde gefunden, daß die Einschnitte 34 die axialen Lagerkräfte nach der Kompression des Ringes
16 ganz wesentlich reduzieren. «
Jeder Einschnitt 34 ist keilförmig ausgebildet und verjüngt sich von seinem tiefsten Punkt 64 neben dem
Fuß der Arme 24 zur Oberfläche 36 der Vorder- bzw. Rückfläche jeder Säule 18 (Fig.3). Die Länge L jedes
Einschnitts 34 ist variabel. Sie kann kleiner, größer oder w>
gleich der halben Länge LL jeder Säule 18 sein. Sie soll so lang sein, daß die geringste axiale Lagerkraft bei
richtiger Größe und Konfiguration der zu verwendenden Kupplung hervorgerufen wird. Es wurde gefunden,
daß die bevorzugte Länge L für die meisten Kupplungen f>5
diejenige Länge ist, bei der keilförmige Einschnitte 34 bei im wesentlichen identischen Winkeln α sowohl an
der Vorder- wie auch an der Rückseite jeder Säule 18 ausgebildet werden, so daß jede Säule 18 eine im
wesentlichen gleichförmige Querschnittsfläche bezogen auf die flachen Seiten jeder Säule 18 hat
Im rechten Teil der Fig.2 ist eine zweite Art von
Einschnitten gezeigt, die ebenfall· die axialen Lagerkräfte
wirksam reduzieren. Dieser Einschnitt 34Λ ist als kegelstumpfförmiger Keil ausgebildet der sich von
seinem tiefsten Punkt 66 neben dem Arm 24 zu einem Punkt 68 unterhalb der Oberfläche 70 der Säule 18
erstreckt und von dort unter einem Winkel farn Punkt
68 zur Oberfläche 70 ansteigt Die Obergänge bei Position 66 und 68 sind als Hohlkehlenradius ausgebildet
Alternativ zeigt Fig.3 einen Obergang 64 als scharfen Winkel. Es wurde gefunden, daß wegen der
sehr starken Kräfte, die im Betrieb auf den Ring 16 einwirken, der Punkt an dem der Winkel ausgebildet ist
Risse im Ring 16 hervorruft, wenn der Winkel scharf oder spitz ist; werden die Winkel mit einem Radius
ausgebildet wie dies F i g. 2 zeigt so werden diese Risse vermieden. Die Breite W des lcegelstumpfförmigen
Keils ist kleiner als die radiale Breite WW der Vbrder-
und Rückfläche der Säule 18. Der kegelstumpfförmige Keil wird also innerhalb des Umrisses des Umfangs der
Vorder- und Rückseite jeder Säule 18 ausgeformt so daß die Wände 76 and 78 an jeder Seite des Keils
ausgebildet werden. Der Keil kann auch an einer Oberfläche 80 oder einer Unterfläche 82 ausgebildet
werden, wobei nur eine Wand 76 oder 78 zwischen einer Kante 84 des kegelstumpfförmigen Keils und einer
Kante 86 der Säule 18 ausgebildet wird. Es wird bevorzugt wenn die Breite W des Keils gleich der
radialen Breite WW der Vorder- und Rückflächen der Säule 18 ist so daß keine seitlichen Wände 76 und 78
entstehen, wie dies für einen Einschnitt 34ß in der linken Hälfte der F i g. 2 gezeigt ist
Die an den Punkten 66 und 68 ausgebildeten Winkel sind variabel. Sie können von im wesentlichen rechten
Winkeln bei den Punkten 66 und 68 beginnen, so daß ein Einschnitt 34 geschaffen wird, der rechteckig ist (nicht
gezeigt), und sie können bis zu einem Winkel von 180° im Punkt 68 variieren, so daß ein keilförmiger Einschnitt
34 entsteht wie er in F i g. 3 gezeigt ist
Die bevorzugte Konfiguration des Einschnitts ist in F i g. 2 links gezeigt Dieser Einschnitt 34£ist keilförmig,
wie vorstehend beschrieben, wobei ein Winkel 88 längs eines Radius ausgebildet ist Die Breite W des Keils ist
der Breite WW der Vorder- und Rückseiten der Säule 18 gleich. Es wurde gefunden, daß bei der Verwendung
von Kautschuk mit einer Härte von 55—65 Shore A eine wesentliche Reduzierung der axialen Lagerkraft
erreicht wird, wenn der Winkel des Keils 6° und die Länge L des Keils 55% der Länge LL der Säule 18
beträgt. Diese Proportionen werden für fast alle Anwendungen bevorzugt Hiervon geringfügig abweichende
Dimensionen ergeben ebenfalls axiale Lagerkräfte gleich Null. Wenn der Ring aus einem Material
mit einer anderen Härte hergestellt wird, ändern sich
auch die Abmessungen des Einschnitts bzw. Keils. Besteht das Element beispielsweise aus einem Material
mit einer Härte von weniger als 55 Shore A, so wird der Keil mit einem kleineren Winkel als 6° und mit einer
kürzeren Länge als 55% der Länge der Säule ausgebildet Besteht der Ring aus einem Material mit
einer Härte größer als 65 Shore A, so ist der Winkel größer als 6°, und die Länge ist größer als 55% der
Länge der Säule.
Die Breite Wdes Keils kann aber auch kleiner als die
radiale Breite WW der Front- und Rückseite der Säule
18 sein, so daß wenigstens eine Wand zwischen der Kante des Keils und der Kante der Säule 18 ausgebildet
wird, wie dies in F i g. 2 rechts gezeigt ist.
Die Keile erstrecken sich vollständig von der Mitte 94 eines sich axial erstreckenden Armes 24 zur Mitte 96 des
nächsten Armes 24, wie dies F i g. 4 zeigt. Das heißt, der tiefste Teil des Keils befindet sich bei der Mitte 94 des
Armes 24 und verjüngt sich von dort bis zur Längsachse 96 des nächsten Armes 24, wobei die Oberflächenebene
des Polygons geschnitten wird, wie dies durch die gestrichelte Linie 98 angedeutet wird. Diese Anordnung
ergibt eine Reihe von alternierenden Säulen 18, die bezüglich der Mittelebene 106 des Ringes 16 versetzt
sind. Die Längsachsen 20 zweier benachbarter Säulen 18 bilden also einen Winkel A am Schnittpunkt der
benachbarten Säulen 18. Die axiale Mittelebene jeder Säule 18 schneidet ebenfalls die Linie 106 etwa am
Umfangsmittelpunkt der Säule 18, und zwar im Punkt 110. Der Winkel Bzwischen der Linie 106 und der Achse
20 ist vorzugsweise nicht größer als 45°. Der Arm 24 erstreckt sich senkrecht zur Ebene des Ringes 16, wie
dies durch den Schnitt der Mitte 94 des Armes 24 und der Linie 106 gezeigt wird. Die Arme 24 erstrecken sich
abwechselnd von der Vorder- und Rückseite jeder der aneinander anstoßenden Säulen 18, und jeder Arm 24
erstreckt sich von der Stirnfläche des Ringes 16, wo die Längsachsen 94 und 96 der Arme 24 und die
Längsachsen 20 der benachbarten Säulen 18 sich schneiden, um spitze Winkel Cund D zu bilden.
Die Wellen werden im wesentlichen koaxial zueinander und eng nebeneinander angeordnet, und zwar mit
dem jeweils gewünschten Spiel zwischen den Wellen. Der Ring 16 wird dann an einem Schlitz 51 geöffnet und
derart um die Wellen gelegt, daß die Arme 24 mit Schlitzen 44 in den Naben 28 und 30 fluchten. Die
Schrauben 32 werden angezogen, um die Arme 24 fest mit den Naben 28 und 30 zu verbinden, so daß der Ring
16 komprimiert wird. Der Ring ist anfänglich 10—20% größer im Durchmesser als in komprimiertem Zustand,
wobei die Arme in den Naben 28 und 30 befestigt sind. Die Arme 24 bewegen sich also radial nach innen und
ergreifen die Einschnitte in den Naben 28 und 30, so daß
is der Durchmesser des Polygons, das den Ring 16 bildet,
kleiner wird. Das Material zwischen den Armen 24 wird
also komprimiert und erhält daher eine Vorkompressionskraft.
Die beschriebene Kupplung ist achteckig. Es können auch andere Polygone verwendet werden. Die Säule zwischen den Armen kann auch gebogen sein, so daß der Ring kreisförmig ist oder sich der Kreisform annähert, und zwar insbesondere in unbelastetem, freiem Zustand. Die Ausführungsform mit gebogenen Säulen ist jedoch schlechter. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, daß gerundete Säulen einer exzentrischen Belastung unterliegen, die ein Ausbeulen bei verhältnismäßig geringen Belastungen bewirkt.
Die beschriebene Kupplung ist achteckig. Es können auch andere Polygone verwendet werden. Die Säule zwischen den Armen kann auch gebogen sein, so daß der Ring kreisförmig ist oder sich der Kreisform annähert, und zwar insbesondere in unbelastetem, freiem Zustand. Die Ausführungsform mit gebogenen Säulen ist jedoch schlechter. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, daß gerundete Säulen einer exzentrischen Belastung unterliegen, die ein Ausbeulen bei verhältnismäßig geringen Belastungen bewirkt.
Claims (2)
- Patentansprache:L Sing aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung, der aus einer Reihe von rechteckigen Säulen besteht, die mit ihren Längsachsen längs den Seiten eines ebenen Polygons angeordnet sind, und Arme aufweist, die sich in Querrichtung zu den Längsachsen der Säulen an jedem Schnittpunkt zweier benachbarter Säulen erstrecken und bezüglich der Ebene des Polygons alternierend nach vorn bzw. hinten ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (20) zweier benachbarter Säulen (18) in Richtung der Ringachse einen Winkel (A) miteinander und einen spitzen Winkel (D) mit der Längsachse (96) des von diesem Schnittpunkt ausgehenden Armes (24) einschließen.
- 2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (20) von jeweils benachbarten Säulen (18) stumpfe Winkel (A) miteinander einschließen.
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