DE3938261A1 - Hochelastische wellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochelastische Wellenkupp­ lung in einer Ausführung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Hochelastische Wellenkupplungen mit elastischen Ring-Zwischen­ gliedern zwischen den starren Kupplungsteilen sind in ver­ schiedenen Ausführungen bekannt. So zeigt z. B. die DE-A-37 10 390 eine elastische Wellenkupplung in einer Ausführung mit einem einzigen elastischen Ring-Zwischenglied. Wenn jedoch besonders hohe drehelastische Eigenschaften gefordert sind, ist dies in der Regel nur durch eine Serienschaltung von mehreren elasti­ schen Ring-Zwischengliedern erreichbar. Um dabei an den hinzu­ gefügten elastischen Ring-Zwischengliedern freifliegende Massen und die damit verbundenen Unwuchtprobleme zu vermeiden, sind für die zusätzlichen elastischen Ring-Zwischenglieder radiale Abstützungen der metallischen Ringscheiben an wenig­ stens einem starren Kupplungsteil vorzusehen, die eine axiale und drehbewegliche Nachgiebigkeit der metallischen Ringschei­ ben ermöglichen.

Bei einer mehrreihigen hochelastischen Wellenkupplung der vorerwähnten Art bleibt die Forderung einer allseitigen Verla­ gerungsmöglichkeit der Wellen, d. h. axial, radial und winklig, bestehen. Bei winkligen Verlagerungen treten an der Wellen­ kupplung radiale und axiale Verlagerungen kombiniert auf, wobei die axiale Komponente in der Regel von einer in Reihe geschalteten, axial nachgiebigen Metallkupplung und die radia­ le Komponente von den elastomeren Elementen aufgenommen wird.

Bei einer hochelastischen Wellenkupplung mit einer Reihen­ schaltung von elastischen Ring-Zwischengliedern in der vorste­ hend beschriebenen Art können radiale und winklige Verlagerun­ gen immer nur von dem vordersten, die Trennstelle der Wellen überbrückenden elastischen Ring-Zwischenglied aufgefangen werden, da bei den nachfolgenden elastischen Ring-Zwischen­ gliedern die Winkelbeweglichkeit durch die starre radiale Abstützung an einem der beiden starren Kupplungsteile blok­ kiert wird. Folglich bestimmt das jeweils vorderste elastische Ring-Zwischenglied bzw. dessen Halbglied die Winkelbeweglich­ keit der elastischen Wellenkupplung in ihrer Gesamtheit.

Bei solchen hochelastischen Wellenkupplungen bleiben die durch Winkelverlagerungen am vordersten elastischen Ring-Zwischen­ glied auftretenden Reaktionskräfte nicht ohne Einfluß auf die in der Reihenschaltung nachfolgenden elastischen Ring-Zwi­ schenglieder. Hierdurch treten im Vergleich zu einer einfachen elastischen Wellenkupplung, d. h. einer Wellenkupplung mit nur einem einzigen elastischen Ring-Zwischenglied, unerwartete Probleme auf, die sowohl die Winkelbeweglichkeit als auch die Funktionssicherheit einer mehrreihigen hochelastischen Wellen­ kupplung in ihrer Gesamtheit beeinträchtigen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bei einer hochelastischen Wellenkupplung mit einer Serienschaltung von elastischen Ring-Zwischengliedern die an sich erforderlichen radialen Abstützungen an den hinzugefügten Ring-Zwischenglie­ dern konstruktiv so zu gestalten, daß hinsichtlich der Winkel­ beweglichkeit der Gesamtkupplung keine Beeinträchtigungen im Vergleich zu einer einfachen elastischen Wellenkupplung ent­ stehen.

Diese Aufgabe wird bei einer hochelastischen Wellenkupplung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen zwei axial benachbarten Ring-Zwischengliedern je eine metallische Ringmembran zwischen den Umfangsrändern verspannt ist, die mit ihrer die Nabe eng umfassenden Bohrung an dieser radial starr, jedoch axial und in Umfangsrichtung beweglich abgestützt ist und zusätzlich winkelbeweglich ist.

Bei einer besonders vorteilhaften baulichen Gestaltung der radialen Abstützung ist an der Bohrung jeder einzelnen metal­ lischen Ringmembran ein radial verlaufender Flanschring einer Gleit- oder Lagerbüchse mittels Schrauben befestigt, die ihrerseits auf der Nabe axial- und drehbeweglich gelagert ist.

Weiterhin sind die einzelnen metallischen Ringmembranen vor­ teilhafterweise als zwei- oder mehrgeteilte Ringmembranen ausgeführt, um so ein Auswechseln einer schadhaften Ring­ membran ohne Demontage der Wellenkupplung durchführen zu können.

Der wesentliche Vorteil, der durch die Erfindung erzielbar ist, besteht darin, daß die einzelnen elastischen Ring-Zwi­ schenglieder sich unter Beibehaltung der in radialer Richtung starren Abstützung dank der Verwendung von winkelbeweglichen metallischen Ringmembranen bei auftretenden Winkelverlagerun­ gen den dadurch entstehenden Bewegungen des in der Reihen­ schaltung vordersten elastischen Ring-Zwischengliedes anpassen können, wodurch die Winkelbeweglichkeit der Gesamtkupplung günstig beeinflußt und erheblich verbessert wird. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß bei der üblichen Ausführung der einzelnen elastischen Ring-Zwischenglieder aus je zwei spie­ gelbildlich gleichen Ringhälften nur jeweils zwischen den axial benachbarten elastischen Ring-Zwischengliedern eine winkelbewegliche metallische Ringmembran erforderlich ist, d.h. daß eine radiale Abstützung der jeweils mittleren metal­ lischen Ringscheiben der aneinander liegenden Hälften eines elastischen Ring-Zwischengliedes entfallen kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer hochelastischen Wellenkupplung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch darge­ stellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Axialschnitte der hochelastischen Wellenkupplung in den Ebenen der Linie I-I der Fig. 2 und

Fig. 2 eine Stirnansicht auf das vorderste elastische Ring- Zwischenglied ohne den Anschlußring, der neben der Nabe den zweiten starren Kupplungsteil bildet.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine hochelastische Wellenkupplung mit drei in Reihe geschalteten, untereinander gleichen elastischen Ring-Zwischengliedern. Der eine starre Kupplungsteil ist als Nabe (1) ausgebildet, die sich axial bis in die Nähe des zwei­ ten starren Kupplungsteils erstreckt, bei dem es sich um einen Anschlußring (2) handelt. Am äußeren Ende der Nabe (1) ist ein Außenflansch (3) angeformt, der zum Befestigen eines Mitnehmerringes (4) dient. Bindeglied zwischen Außen­ flansch (3) und Mitnehmerring (4) ist ein aus Federstahl bestehender Membranring (5), der eine gewisse axiale Beweg­ lichkeit zwischen der Nabe (1) und dem Anschlußring (2) ermög­ licht, die erforderlich ist, um eventuelle axiale Verlagerun­ gen der zu verbindenden Wellen auszugleichen.

Der Membranring (5) ist am Außenflansch (3) mit Hilfe eines Spannringes (6) drehfest verspannt, wobei die Spannkraft durch eine Anzahl von Spannbolzen (7) erzeugt wird, die jeweils in über den Umfang mit gleichem Abstand aufeinanderfolgenden Durchgangsbohrungen im Außenflansch (3) und im Spannring (6) gehalten sind. Auf einem inneren Teilkreis sind im Außen­ flansch (3) und im Spannring (6) weitere fluchtende Durch­ gangsbohrungen enthalten, in denen an sich bekannte Spannhül­ sen (8) kraftschlüssig einliegen, die zusammen mit den Spann­ bolzen (7) die drehfeste Verbindung zwischen den Teilen (3 und 6) bewirken.

Der Mitnehmerring (4) enthält auf einem inneren Teilkreis eine Anzahl von Durchgangsbohrungen, in denen je ein Anschlußbolzen (9) mit nach außen überstehenden Enden gehalten ist. Das überstehende Ende der Anschlußbolzen (9) durchdringt jeweils ein begrenzt nachgiebiges Lagerelement (10) in einer Bohrung eines Verbindungsringes (11), der mit dem Membranring (5) über die Lagerelemente (10) nachgiebig verbunden ist. Diese Ausbil­ dung ermöglicht ein Ausbiegen des Membranringes (5) in axial entgegengesetzten Richtungen, ohne daß die Gefahr von Querbe­ anspruchungen der Anschlußbolzen (9) bzw. des Mitnehmerringes (4) besteht.

Die vorstehend beschriebenen Bauteile bilden eine drehstarre, jedoch axial und winklig nachgiebige Metallkupplung. Diese Metallkupplung kann ebensogut als übliche Laschenkupplung ausgebildet sein.

Für die drehelastische Nachgiebigkeit der Wellenkupplung sind, wie bereits erwähnt, drei elastische Ring-Zwischenglieder (A, B und C) in Reihe geschaltet. Jedes einzelne elastische Ring- Zwischenglied ist aus zwei gleichen Ringhälften gebildet, die in bezug auf ihre zur Drehachse der Wellenkupplung quer ste­ henden Trennebene spiegelbildlich aneinanderliegen. Dabei ist jede Ringhälfte (A1 bzw. A2) - das gleiche gilt für die Ring- Zwischenglieder (B und C) - in der Umfangsrichtung in eine gleiche Anzahl von Ringsegmenten unterteilt. Bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel besteht jede Ringhälfte (A1 bzw. A2) aus je vier untereinander gleichen Ringsegmenten. Die Querschnittsform der äußeren und inneren metallischen Ringsegmente (12, 13), die zu einer Ringhälfte gehören, ist aus Fig. 2 ersichtlich. Zwischen den deckungsgleichen metallischen Ringsegmenten (12, 13) einer Ringhälfte (A1 bzw. A2) sind jeweils im wesentlichen gleich­ flächige Gummisegmente (14) an den inneren Wandungsflächen der metallischen Ringsegmente (12, 13) anvulkanisiert.

Die elastischen Ring-Zwischenglieder (A, B und C) haben in einer Axialebene im Querschnitt die aus Fig. 1 ersichtliche Trapezform. Eine solche Formgebung ist grundsätzlich bekannt. Sie dient der Einsparung an Gummimaterial und damit zugleich an Gewicht.

Die metallischen Ringsegmente (12, 13) weisen an ihrem äußeren Umfang gegenüber dem Gummikörper (14) radial überstehende Verbindungsränder (15, 16) mit je einer Anzahl von Durchgangs­ bohrungen (18) auf, die über den Umfang mit gleichem Abstand voneinander verteilt sind. Bei jedem einzelnen Ring-Zwischen­ glied (A, B bzw. C) sind die Segmente der Ringhälften um die halbe Segmentteilung gegeneinander versetzt. Werden die so angeordneten Ringsegmente an den aneinanderliegenden inneren metallischen Ringsegmenten (13) mittels Schraubenbolzen (19) fest miteinander verspannt, entsteht ein geschlossener Ringkörper, d. h. ein selbständiges geschlossenes Ring-Zwi­ schenglied (A, B oder C). Die so gebildeten Ring-Zwischen­ glieder (A, B und C) werden zu einem Stapel von aneinander liegenden Ring-Zwischengliedern zusammengefaßt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die gegenseitige Verspannung erfolgt mit Hilfe von Schraubenbolzen (20), die in je zwei Durchgangsboh­ rungen (17) in den Außenrändern (15) von je zwei aneinander liegenden Ring-Zwischengliedern (A und B bzw. B und C) form­ schlüssig einliegen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Um­ fangsränder der äußeren metallischen Ringsegmente (12) zur Drehachse senkrecht stehen und äußere Anlageflächen aufweisen, die planparallel zu einer zur Drehachse senkrechten Ebene und damit auch zu den Anlageflächen am Anschlußring (2) und am Mitnehmerring (4) verlaufen.

Zwischen den vorerwähnten äußeren Anlageflächen ist zwischen zwei benachbarten Ring-Zwischengliedern (A und B bzw. B und C) je eine winkelbewegliche metallische Ringmembran (21 bzw. 22) mit ihrem Umfangsrand verspannt. Die metallische Ringmem­ bran (21 bzw. 22) hat eine innere Bohrung bzw. kreisrunde Öffnung, die den Außenmantel der Nabe (1) eng umschließt. An dieser Innenbohrung ist ein Flanschring (23) mit Hilfe eines Druckringes (24) und mit Hilfe einer Anzahl von Schraubenbol­ zen (25) verspannt. Der Flanschring (23) ist außen an einer Gleitbüchse (26) angeformt, die auf der Mantelfläche der Nabe (1) dreh- und begrenzt axial beweglich gelagert ist. Die damit gegebene Abstützung der Ring-Zwischenglieder (A, B und C) auf der Nabe (1) ist radial starr, aber begrenzt winkelbeweglich.

Die in Reihe geschalteten Ring-Zwischenglieder (A, B und C), die miteinander fest verbunden sind und insgesamt das drehela­ stische Bindeglied zwischen dem Anschlußring (2) und der Nabe (1) darstellen, sind an den axial äußeren Umfangsrändern (15) mit Hilfe von Schraubenbolzen (27, 28) einerseits mit dem Anschlußring (2) und andererseits mit dem Mitnehmerring (4) fest verbunden.

Wie die Zeichnungen zeigen, enthält jedes einzelne Ringsegment axial verlaufende Durchbrechungen (29), die sich jeweils von einer Außenseite zur gegenüberliegenden Außenseite erstrecken, d. h. die äußeren metallischen Ringsegmente (12, 13) und den inneren Gummikörper (14) deckungsgleich durchdringen. In der Umfangsrichtung können die Durchbrechungen (29) mehr oder weniger lang ausgebildet sein. Ihre Länge ist jedoch so zu bemessen, daß bei der versetzten Anordnung der Ringsegmente in den beiden Ringhälften eines elastischen Ring-Zwischengliedes (A, B und C) sich die Durchbrechungen (29) wenigstens teilwei­ se überdecken, so daß im Bereich der Überdeckung eine von einer Außenseite bis zur anderen Außenseite des jeweiligen elastischen Ring-Zwischengliedes (A, B bzw. C) bestehende Passage vorhanden ist. Diese Durchbrechungen (29) wirken als Belüftungskanäle, die dazu beitragen, die Wärmeabfuhr aus dem Kernbereich der einzelnen Gummikörper (14) zu verbessern.

Im äußeren Rand (16) der inneren metallischen Ringsegmente (13) sind halbkreisförmige Einbuchtungen (30) enthalten, deren Anzahl der Anzahl von Durchgangsbohrungen (17) in den äußeren metallischen Ringsegmenten (12) entspricht und mit den Bohrun­ gen (17) in axialer Richtung fluchten. Dank dieser Einbuchtun­ gen (30) können die Schraubenbolzen (20, 27 und 28) an einer im Einsatz befindlichen hochelastischen Wellenkupplung pro­ blemlos aus- und eingebaut werden. Auf diese Weise können die elastischen Ring-Zwischenglieder (A, B und C) vollständig oder auch teilweise am Einsatzort ausgewechselt werden. Wenn es erforderlich ist, z. B. bei axial verhältnismäßig schmalen Hälften der Ring-Zwischenglieder (A, B und C), können auch in den Umfangsrändern (15) der äußeren metallischen Ringsegmente (12) entsprechende Einbuchtungen vorhanden sein.

Aus Fig. 1 wird deutlich, daß das vorderste elastische Ring- Zwischenglied (A) zum einen über seine metallischen Ringseg­ mente (12) an der Nabe (1) und zum anderen ebenfalls über seine metallischen Ringsegmente (12) am Anschlußring (2) radial starr gehalten ist. Dieses elastische Ring-Zwischen­ glied überbrückt somit die Trennstelle zwischen den verbunde­ nen Wellen und bestimmt mit ihrer eigenen radialen und winkli­ gen Verlagerungsmöglichkeit die diesbezüglichen Eigenschaften der hochelastischen Wellenkupplung in ihrer Gesamtheit. Die Kräfte, die bei winkligen Verlagerungen vom vordersten elasti­ schen Ring-Zwischenglied (A) auf die hinzugefügten elastischen Ring-Zwischenglieder (B und C) übertragen werden, können dank der winkelbeweglichen metallischen Ringmembranen (21 und 22) elastisch nachgiebig den jeweiligen Erfordernissen entspre­ chend abgefangen werden.

Die neuartige radiale winkelbewegliche Abstützung der hinzuge­ fügten elastischen Ring-Zwischenglieder kann ebensogut bei Wellenkupplungen angewendet werden, bei denen die hintereinan­ der geschalteten Ring-Zwischenglieder baulich anders gestaltet sind, bei denen beispielsweise die Gummikörper einen anderen Querschnitt haben oder als einteilige geschlossene Ringe ausgebildet sind.

Claims (3)

1. Hochelastische Wellenkupplung, insbesondere für dieselmoto­ rische Antriebe, im wesentlichen enthaltend eine Nabe auf der Antriebs- oder Abtriebsseite, einen Anschlußring auf der jeweils anderen Seite und als drehelastische Verbindung von Nabe und Anschlußring eine Reihenschaltung von gleichen ela­ stischen Ring-Zwischengliedern, wobei jedes Ring-Zwischenglied aus zwei axial spiegelbildlich aneinanderliegenden Ringhälften gebildet ist, von denen jede Hälfte äußere metallische Ring­ scheiben aufweist, die aus Ringsegmenten zusammengesetzt sind, wobei deckungsgleiche Ringsegmente durch an ihnen anvulkani­ sierte gleichflächige Gummisegmente verbunden sind, die in axialer Ebene einen trapezförmigen Querschnitt mit nach außen zunehmender Breite haben, wobei die Ringsegmente der einen Ringhälfte versetzt sind und die mittigen metallischen Ring­ scheiben der beiden Ringhälften und ebenso die aneinanderlie­ genden äußeren metallischen Ringscheiben benachbarter Ring- Zwischenglieder an ihren Umfangsrändern miteinander verspannt sind und wobei ferner eine radiale Abstützung an der Nabe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei axial benachbarten Ring-Zwischengliedern (A, B, C) je eine metallische Ringmembran (21 bzw. 22) zwischen den Umfangsrän­ dern (15) verspannt ist, die mit ihrer die Nabe (1) eng umfas­ senden Bohrung an dieser radial starr, jedoch axial und in Umfangsrichtung beweglich abgestützt ist und zusätzlich win­ kelbeweglich ist.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bohrung jeder metallischen Ringmembran (21 bzw. 22) ein radial verlaufender Flanschring (23) einer auf der Nabe (1) gelagerten Gleitbüchse (26) mittels Schrauben (25) befestigt ist.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jede metallische Ringmembran (21 bzw. 22) in Umfangs­ richtung als zwei- oder mehrgeteilter Ring ausgebildet ist.