DE2942874A1 - Elastische wellenkupplung - Google Patents
Elastische wellenkupplungInfo
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Description
Dipl.-Ing. G. Kirschey
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Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige
Kupplungen werden wegen der Form des elastischen Kupplungselements den Scheibenkupplungen zugerechnet; solche
sind in zahlreichen, sehr unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
Bei einer bekannten Kupplung dieser Gattung wird das als Scheibenreifen ausgebildete Kupplungselement zwischen
einer festen Schulter der nabenförmigen inneren Kupplungshälfte und einem darauf lagernden Druckring klemmschlüssig
eingespannt, während der Außendurchmesser des Kupplungselementes verzahnt ist und in eine Innenverzahnung
eines, z.B. mit einem Motorschwungrad verschraubten, Flanschringes als äußere Kupplungshälfte eingreift. Als
nachteilig wird die Einspannung des Kupplungselements im Bereich seines Innendurchmessers angesehen. Diese Einspannung
reduziert nämlich die wirksame elastische Länge bzw. den wirksamen elastischen Durchmesser des elastischen
Kupplungselementes und stellt eine verschleißbehaftete und bezüglich des Kraftflusses problematische Übergangszone
dar, zumal das gummielastische Kupplungselement beträchtlichen Wechselkräften ausgesetzt ist. Außerdem sind die
mit der Einspannung des Innendurchmessers des Kupplungselements zutreffenden baulichen Maßnahmen aufwendig. Die
äußere, lediglich formschlüssige Verbindung des Kupplungselements mit der äußeren Kupplungshälfte durch die beschriebene
Verzahnung besitzt den Nachteil eines relativ hohen
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Verschleisses durch Wechselkräfte, und es besteht die Gefahr
des Oberspringens der Verzahnung bei Überlast odereinem plötzlich auftretenden Stoß.
Bei einer anderen Kupplung der vorausgesetzten Gattung ist zwischen einem Innen- und einem Außenring ein Gummiring als
elastisches Element einvulkanisiert. Diese Bauform ist zwar hinsichtlich der Ausbildung der Kupplungshälften einfacher,
und es treten auch nicht die Probleme der kritischen Obergangsverhältnisse wie bei einer Einspannung auf,
doch ist die doppelseitige Vulkanisation des Kupplungselements am Innen- und Außenring relativ kostspielig.
Ein konstruktiver Nachteil besteht darin, daß die Drehwinkel einer solchen Kupplung relativ beschränkt sind,
weil die zulässigen Zugspannungsspitzen schon bei kleinen Verdrehwinkeln erreicht werden.
Um die Haltbarkeit beim Verdrehen zu erhöhen und größere Verdrehungswinkel zulassen zu können, ist eine
Kupplung mit mehreren elastischen Elementen bekanntgeworden, die aus je einem Innenring und einem Außenring
bestehen, deren Zwischenräume mit Gummi ausgefüllt und durch je einen Zwischenring unterteilt sind. Die konzentrischen
Metallringe und Gummiringe sind an ihren Berührungsflächen durch Vulkanisation miteinander verbunden.
Die Haftflächen sind kegelig ausgebildet, und es werden zwei Elemente mit gegenläufiger Kegelneigung koaxial
angeordnet und in Achsrichtung miteinander verspannt. Infolge der Kegelflächen wird eine radiale Druckvorspannung
aufgebracht, die die Haltbarkeit der Kupplungselemente erhöht und die nennenswerte Verdrehungswinkel
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zuläßt. Allerdings ist diese Ausführung einer elastischen Scheibenkupplung wegen der Vielzahl der Vulkanisationsflächen und dem Erfordernis, die Elemente jeweils paarig
zu verwenden sowie schließlich infolge der zu schaffenden Kegelflächen noch wesentlich aufwendiger als die zuvor beschriebene
Kupplung.
Schließlich ist noch eine elastische Scheibenkupplung bekannt, bei der das nicht vorgespannte Kupplungselement
kegelförmig ausgebildet ist. Diese Kupplung läßt keine sehr großen Verdrehungswinkel zu, ist also, insbesondere
bei kompakter Bauweise, nicht sehr drehweich. Auch ist sie nicht gänzlich von durch Drehmoment erzeugten axialen
Kräften frei.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elastische Kupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten
Art zu schaffen, die trotz besonders einfacher, kompakter und kostengünstiger Ausführung ein hohes Maß an Betriebssicherheit
gewährleistet und außergewöhnlich drehweich ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination der Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruches
1 gelöst. Nach einem dieser Merkmale ist - lediglich - die Innenumfangsflache des Kupplungselements
mit der inneren Kupplungshälfte durch Vulkanisation verbunden. Diese an sich bekannte Maßnahme ermöglicht schon
deshalb eine kompakte Ausführung, weil - im Gegensatz zu einer Einspannung der eingangs beschriebenen Art - die
wirksame elastische Länge des elastischen Kupplungselements nicht reduziert wird. Auch treten kritische Obergangs-Spannungsverhältnisse
nicht auf.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist das Kupplungselement unter rein radialer Druckvorspannung zwischen der
inneren Kupplungshälfte und einem dem Außenumfang des Kupplungselements umschließenden Ringelement eingespannt.
Infolge der radialen Druckvorspannung ist das Kupplungselement im Betrieb höher belastbar; es ist mithin auch
bei kompakter Bauweise besonders drehweich, und große Verdrehwinkel sind möglich.
Das dritte Merkmal der mit zunehmendem Durchmesser stetigen Verjüngung des Querschnitts des Kupplungselements
im Sinne zumindest annähernd etwa gleicher Schubspannungen innerhalb des Kupplungselements gewährleisten, ebenfalls
im Sinne der Kompaktheit und Drehweichheit, daß alle Zonen des elastischen Kupplungselements praktisch gleiche Charakteristik
aufweisen. Es kann allerdings sinnvoll sein, den Querschnitt des Kupplungselements im der inneren Kupplungshälfte benachbarten Bereich zur Steigerung der Festigkeit
des Vulkanisationsbereichs überproportional zu verbreitern.
Die beschriebene erfindungsgemäß ausgebildete
elastische Wellenkupplung benötigt als innere Kupplungshälfte z.B. eine sehr einfach ausgebildete Nabe. Dies
gilt auch für das das Kupplungselement außenseitig umschließende Ringelement, welches z.B. auch eine Flanschnabe
sein kann. Die radiale Druckvorspannung unter Zuhilfenahme des Ringelements besitzt bei einer lediglich formschlüssigen
Verbindung des Ringelements mit dem Kupplungselement, z.B. mit Hilfe einer Verzahnung, den besonderen Vorteil, daß
ein Überspringen bei plötzlich einwirkenden Kräften praktisch ausgeschlossen ist.
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Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit und im Sinne besonders langer Standzeiten ist nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung eine in Umfangsrichtung spielfreie
Verbindung des Kupplungselements mit der äußeren Kupplungshälfte vorgesehen.
Weiterhin kann die Kupplung in vorteilhafter Weise durch eine zu einer Achsquerschnittsebene spiegelsymmetrische
Ausbildung des Querschnitts des Kupplungselements gekennzeichnet sein, was den Vorteil besitzt, daß das Kupplungselement
selbst eine sehr einfache Formgebung besitzt und daß keine durch Drehmoment erzeugten axialen Kräfte auftreten
können. Außerdem ist eine sehr geringe axiale Baulange möglich.
Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche und ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
der Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Längsschnitt lediglich durch die innere Kupplungshälfte und das Kupplungselement der Kupplung
nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1,
Fig. 4 bis J Längsschnitte von vier weiteren Ausführungsbeispielen
und
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Fig. 8 eine Teilansicht der Kupplung nach Fig. 7 in Richtung des Pfeiles VIII.
In den Längsschnittdarstellungen der Fig. 1 und 2 sowie 4 bis 7 ist jeweils nur eine oberhalb der Längsachse A
gelegene Hälfte der Kupplung dargestellt.
Die Kupplung nach Fig. 1 besteht aus einer inneren Kupplungshälfte 10, einer äußeren Kupplungshälfte 11 und
einem dazwischen angeordneten, im wesentlichen kreisringförmigen elastischen und vorzugsweise aus Gummi bestehenden
Kupplungselement 12. Die innere Kupplungshälfte 10 ist als
Nabe 13 ausgebildet, die eine Innenbohrung 14 zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Welle besitzt. Die
zylindrische Außenfläche 10a der inneren Kupplungshälfte
10 ist mit der zylindrischen Innenfläche 12a durch Vulkanisation verbunden.
Die äußere Kupplungshälfte 11 ist als ununterbrochen
umlaufendes Ringelement 15 ausgebildet. /·<· besitzt, wie
am besten aus Fig. 3 ersichtlich, eine Innenverzahnung, beim Ausführungsbeispiel bestehend aus Zähnen 16 und Zahnlücken
17 mit jeweils gerundeten Flanken, In die Zahnlücken 17 greifen Zähne 18 einer Außenverzahnung des elastischen
Kupplungselementes 12 ein. Wie aus den F^", 1 und 3 ersichtlich
ist, füHen die Zähne 18 die Zfbnlücken 17 nur
etwa zur Hälfte aus, wodurch Ventilationckanäle 19 gebildet
werden.
Pie derart bewirkte formschlü-=. i ;*-■>
Verbindung des Außendurchir.esserberei ch~ des Kupplungsel enents 12 mit der
«ußcren Kupplungshälfte 11 ist durch einf radiale Druck-
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vorspannung gekennzeichnet. Vor der Montage besitzt das Kupplungselement 12 einen um das Maß V gegenüber dem Einbauzustand
vergrößerten Radius. Die Verbindung des Kupplungselements 12 mit der äußeren Kupplungshälfte 11 geschieht
durch Einpressen des Kupplungselements 12 in das Ringelement 15.
Die im wesentlichen in Achsrichtung weisenden Flanken 12b des Kupplungselements 12 besitzen einen stetig
gekrümmten Verlauf, derart, daß der Querschnitt in Achsrichtung bzw. die Dicke des Kupplungselements 12 mit zunehmendem
Durchmesser abnimmt. Die Gestaltung der Flanken 12b ist dabei so getroffen, daß sich an jeder Stelle des
Durchmessers etwa gleiche Schubspannungen im Kupplungselement 12 ergeben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Dicke des Kupplungselements 12 im Anschlußbereich an die innere Kupplungshälfte 10 zur Stabilitätserhöhung
in Nabennähe überproportional.
Die radial auf das Kupplungselement 12 einwirkenden Einspannkräfte bewirken, was in Fig. 3 schematisch dargestellt
ist, daß eine Relativverdrehung der inneren Kupplungshälfte 12 in Richtung des Pfeiles D um einen Betrag d relativ
zur äußeren Kupplungshälfte 11 eine zunächst als Radius gedachte Faser der Länge 1 auf die Länge L dehnt, wobei die
Länge L derjenigen der ungespannten Länge 1 entspricht. D.h., diese Dehnung erfolgt vollständig im Bereich der
Rückstellkraft des gummielastischen Kupplungselementes 12, ohne daß während dieses Drehwegs d im Gummi Zugspannungen
auftreten, wodurch zugleich die Vulkanisationszone von Zugspannungen entlastet wird. Außerdem erhöht die radiale
Vorspannung die Dämpfung im Gummielement 12.
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Das innere Kupplungselement 10 besitzt über den Umfang verteilt auf einem Teilkreis angeordnete Ventilationskanäle
20, die in Verbindung mit den bereits erwähnten Ventilationskanälen 19 eine Belüftung der Kupplung
ermöglichen, wobei die Luft in Richtung der Pfeile durch die Kupplung strömt und durch die Beanspruchung des Kupplungselements
12 entstehende Wärmemengen teilweise abführen kann.
Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Kupplung ist axial steckbar ausgebildet. An einem rotierbar angeordneten
Teil 21, z.B. der Schwungscheibe eines Dieselmotors, sind auf einem zur Längsachse A konzentrischen Teilkreis
mehrere Bolzen 22 eingeschraubt. Auf ihnen stecken elastische Hülsen 23, deren Außendurchmesser auf den Innendurchmesser
von Axialbohrung/24 in der als Ringelement 15 ausgebildeten äußeren Kupplungshälfte 11 abgestimmt ist. Somit
läßt sich die Kupplung 10, 11, 12 durch axiales Aufschieben auf die zuvor in das Teil 21 eingeschraubten Bolzen 22 mit
der Hülse 23 steckverbinden, wobei die Gewindebohrungen 22a im Teil 21 die genormten oder ungenormten vorbereiteten
Kupplungsanschlüsse z.B. einer Motorschwungscheibe sein können.
Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen durch die
andersartige Anordnung von der Belüftung der Kupplung dienenden Ventilationskanälen. Die äußere Kupplungshälfte
11 ist ebenfalls als Ringelement 15 ausgebildet; dieses besitzt jedoch ein dem Teil 21 zugewandtes und gegen die
Achse A geneigtes Leitblech 25, welches man sich konzen-
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13 . 2S4287A
trisch zur Achse A umlaufend vorzustellen hat. Da die innere
Kante 25a des Leitbleches 25 auf einem kleineren Radius liegt als die durch die Zahnlücken 17 gebildeten Ventilationskanäle 19, ergibt sich eine Zwangs-Luftströmung, die
durch entsprechende Pfeile dargestellt ist. Damit diese Luft das gummielastische Kupplungselement 12 möglichst
großflächig überstreicht, ist es wichtig, die Innenkante 25a des kreisringförmigen Leitbleches 25 bis in die Nähe der
inneren Kupplungshälfte 10 heranzuführen.
Uie in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet
sich von den bisher geschilderten dadurch, daü JtS Ringelement J5 der äußeren Kupplungshäifte 11 als
Fianschring ausgeführt ist, wobei der Flansch 15a zur Befestigung
mittels Schrauben 26 an einem Antriebsteil 21 iion:. Das eigentliche Ringteil ist mit 15b bezeichnet.
V)if» Flanken 12b des elastischen Kupplungselements \L s ·.na
ί» i t Rippen 27 versehen, die einerseits einer Erhöhung der
Ventilation dienen und andererseits die Oberfläche des Kupplungselements 12 zur Erhöhung der Wärmeabgabe vergrößern.
Im Hinblick auf die Ventilation günstig wirkt sich die Nachbarschaft eines Maschinengehäuses 28 aus, aus dem der
mit der Nabe 13 zu verbindende Wellenstumpf 29 heraustritt.
Die innere Kupplungshälfte 10 ist wiederum für die
Ventilation eingerichtet, doch sind hier nicht einzelne Ventilationskanäle vorgesehen, sondern ein Ventilationsringraum 20' zwischen einer topfförmigen Außennabe 13a und
einem Nabenkern 13b. Radialstege 13c verbinden den Boden 13d des äußeren Nabenteils mit seinem zylindrischen Abschnitt 13a, auf dessen Außenseite das Kupplungselement
aufvulkanisiert ist. Schrauben 30 verbinden die Nabenteile
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und 13a miteinander. Die Kühlluft kann hier, wie durch die Pfeile angedeutet, das gummielastische Kupplungselement
umspülen, wobei die Rippen 29 zusätzliche Luftwirbel und Luftströmungen hervorrufen.
Bei der Kupplungsausführung nach Fig. 6 besteht die äußere Kupplungshälfte 11 aus einem Flanschring 15,
dessen Flanschabschnitt 15a der Befestigung der äußeren Kupplungshälfte 10 an einem Maschinenteil 21 mittels
Schrauben 26 dient und dessen Ringabschnitt 15b das Kupplungselement 12 unter Druckvorspannung zwischen sich und
der inneren Kupplungshälfte 10 einspannt. Die Verbindung zwischen der äußeren Kupplungshälfte I1 und dem Kupplung;-element
12 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus eirc. Klebschicht 31. Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist also
im wesentlichen die formschlüssige Verbindung durch eine
haftschlüssige ersetzt.
Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich im Prinzip von den übrigen Ausführungsformen
dadurch, daß das Ringelement 15 nicht Bestandteil der äußeren Kupplungshälfte 11 ist, sondern
quasi Bestandteil des Kupplungselements 1Z. Das Ringelement
15 spannt aber auch hier das elastische Kupplungselement 12 unter radialer Druckverspannung zwischen sich
und der inneren Kupplungshälfte 10 ein. Bei die.cer Ausführung
ist das Kupplungselement 12 an seinem Außenaurc>messer
verzahnt; die Zahnköpfe 18a liegen an d^r Innen
fläche 15c des Ringelements 15 an, und die zwischen den
Zähnen gebildeten Zahnlücken dienen dem Eingriff von Mitnehmern 32 der äußeren Kupplungshälfte 11. Die Mitnehmer
32 sind als Bolzen 33 ausgebildet und an einer Ringkreis-
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scheibe 34 befestigt, die ihrerseits mit Hilfe von Schrauben 26 am Teil 21 axial befestigt ist. Auch bei dieser Ausführung
sollte Wert auf einen spielfreien Eingriff der Mitnehmer 32 in die Zahnlücken des Kupplungselements gelegt
werden, um einen durch Spiel bedingten Verschleiß auszuschließen.
Alle Ausführungen sowie weitere, im Rahmen der Erfindung liegende, Abwandlungen der Kupplung weisen insbesondere
den erheblichen Vorteil auf, daß das Kupplungselement 12 eine relativ große elastische Länge besitzt,
d.h., obwohl das Kupplungselement selbst sehr kompakt und mit kleinem Außendurchmesser ausgebildet werden kann, ist
die Kupplung extrem drehreich und ermöglichst große Verdrehwinkel .
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Claims (13)
1. Elastische Wellenkupplung mit einem aus einem elastischen Werkstoff, namentlich Gummi, bestehenden und
im wesentlichen ringscheibenförmigen Kupplungselement, welches im Bereich seines Innendurchmessers drehfest mit
der einen (inneren) Kupplungshälfte und im Bereich des Außendurchmessers drehfest mit der anderen (äußeren) Kupplungshälfte
verbunden ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a. lediglich die Innenumfangsfläche (12a) des Kupplungselements (12) ist mit der inneren Kupplungshälfte (10) (z.B. Nabe (13)) durch Vulkanisation
verbunden,
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b. das Kupplungselement (12) ist unter rein radialer Druckvorspannung zwischen der inneren Kupplungshälfte (10) und einem den Außenumfang des Kupplungselements (12) umschließenden Ringelement (15) eingespannt,
c. der Querschnitt des Kupplungselements (12) verjüngt sich mit zunehmendem Durchmesser im wesentlichen
stetig im Sinne etwa gleicher Schubspannungen innerhalb des Kupplungselements.
2. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mindestens iiUmfangsrichtung spielfreie Verbindung des Kupplungselements (12) mit der äußeren Kupplungshälfte (11) bzw.
deren Mitnehmern (32).
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zu einer Achsquerschnittsebene (E) spiegelsymmetrische
Ausbildung des Querschnitts des Kupplungselements (12).
4. Kupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (12) einen gezahnten
Außenumfang aufweist, der formschlüssig mit Mitnehmern (32) der äußeren Kupplungshälfte zusammenwikt.
5. Kupplung nach Anspruch 4 oder einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (32)
der äußeren Kupplungshälfte als Zähne (16) einer an dem Ringelement (15) vorgesehenen Innenverzahnung (16,17)
ausgebildet sind.
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6. Kupplung nach Anspruch 4 oder einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (32)
von im wesentlichen axial ausgerichteten Bolzen (33) gebildet sind.
7. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (15) zur
steckbaren Verbindung mit an der äußeren Kupplungshälfte (11) vorgesehenen Mitnehmern (22, 23 axial ausgerichtete,
über den Umfang verteilt angeordnete, Bohrungen (23) aufweist.
8. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (12)
mit seinen Zahnköpferr/anJder im wesentlichen glatten
Innenfläche (15c) des Ringelements (15) anliegt und die Zahnlücken Eingriffsräume für Mitnehmer (32) der
äußeren Kupplungshälfte (11) ausbilden.
9. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (15) Bestandteil
der äußeren Kupplungshälfte (11) ist und daß seine Innenumfangsflache mit der Außenumfangsflache des Kupplungselements (12) unter radialer Vorspannung verklebt ist.
10. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der inneren Kupplungshälfte
(10) und/oder im Bereich zwischen dem Kupplungselement (12) und dem Ringelement (15) axial durchgängige Ventilationskanäle
(19,20,20·) ausgebildet sind.
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11. Kupplung nach Anspruch 4 bis 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken (17) zwischen den Zähnen
(16) des verzahnten Ringelements (15) in radialer Richtung größer sind als die Zähne (18) des Ringelements (15).
12. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kupplungshälfte
(11) ein das Kupplungselement (12) einseitig in radialer Richtung teilweise umfangsseitig überlappendes Leitblech
(25) aufweist.
13. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa in Achsrichtung
weisenden Flanken (12b) des Kupplungselements (12) mit Rippen (27), Nocken, od. dgl. versehen sind.
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Priority Applications (4)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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