DE4215540C2 - Drehelastische Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelastische Kupp­ lung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kupplung ist, mit innen und außen verzahn­ tem Zwischenring ausgerüstet, beispielsweise aus der DE-PS 3 73 687 bekannt. Sie ist hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens und auch im Hinblick auf gute Verlagerungsfähigkeit der beiden miteinander zu kuppelnden Aggregate sehr vorteil­ haft. Wenn jedoch zur Erzielung größerer Elastizität ein größeres Durchmesserverhältnis zwischen Innen- und Außendurch­ messer des Zwischenrings gewählt wird, tritt das Problem auf, daß aufgrund von Verwindungen die inneren Zähne des Zwischen­ elements aus ihrer Verzahnung herausspringen können. Das führt dazu, daß der Einsatz von Kupplungen dieser Bauart durch die Begrenzung des von ihr übertragbaren Drehmoments beträchtlich eingeschränkt ist.

Diese Problematik hat der Urheber der DE 27 06 479 A1 er­ kannt und schlägt deshalb vor, im Bereich der Zahnfüße der in­ neren Zähne im Zwischenring einen umlaufenden Stützring vorzu­ sehen, der in das Gummi des Zwischenrings einvulkanisiert ist. Damit wird jedoch ein beträchtlicher Mehraufwand bei der Her­ stellung einer Kupplung dieser Bauart in Kauf genommen. Außer­ dem beeinträchtigt der Stützring zwangsläufig das elastische Verhalten der Kupplung, bzw. es muß bei der Konstruktion sorg­ fältig darauf geachtet werden, durch geeignete Auslegung des gummielastischen Elements die Einflüsse des Stützrings weitest­ gehend zu kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehelasti­ sche Kupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzten Art verfügbar zu machen, die bei hervorragenden elastischen und ausgleichenden Eigenschaften auch zur Übertra­ gung großer Drehmomente keinen besonderen Stützring im Bereich der Innenverzahnung des Zwischenrings benötigt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe im den Merkmalen des An­ spruchs 1.

Danach besteht ein erstes wesentliches Merkmal der Erfin­ dung darin, daß der Zwischenring nicht aus Gummi, sondern einem gummielastische Eigenschaften aufweisenden Polyurethan besteht. Damit entfallen alle mit der Vulkanisation, den Eigenschaften und der Entsorgung von Gummi verbundenen Schwierigkeiten, Nach­ teile und Kosten. Der Zwischenring ist nunmehr ohne weiteres auch recyclebar, in jeder beliebigen Farbe einzufärben, in ho­ hem Maße ölbeständig und äußerst kostengünstig herzustellen. Das zweite wesentliche Merkmal der speziellen Verzahnung garan­ tiert, insbesondere in Verbindung mit dem ersten Teilmerkmal, daß auch bei größeren Drehmomenten die Verzahnung des Zwischen­ rings nicht ausrastet. Deshalb kann der Teilkreis der Verzah­ nung klein gehalten werden, was der gewünschten elastischen Länge des Zwischenrings zugute kommt und es gestattet, die Nabe, an der der Zwischenring der Kupplung angreift, durch kleine Öffnungen in Gehäuseflanschen hindurchführen zu können, womit die Montage der Kupplung erleichtert wird und ihre Anwen­ dungsgebiete erweitert werden können.

Die Erfindung beschreitet somit zur Lösung des seit langem bestehenden Problems Wege, die in der DE 27 06 479 A1 ausdrück­ lich abgelehnt werden, denn nach den dort offenbarten Vorstel­ lungen sollte eben kein anderes Material als Gummi für den Zwi­ schenring in Betracht kommen.

Zwar sind Kupplungen bekannt, deren Zwischenringe aus Kunststoff bestehen. So fertigt beispielsweise die Anmelderin selbst seit vielen Jahren eine Kupplungsreihe CENTAFLEX Bau­ reihe K zur Verbindung von Dieselmotoren mit angeflanschten Hydraulikpumpen und Verteilergetrieben. Einerseits ist hier das aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehende Zwischenglied starr, die Kupplung also äußerst drehsteif, andererseits greift der Zwischenring nicht über eine Verzahnung an der Nabe an, sondern es sind dort vier über den Umfang der Nabe verteilt an­ geschraubte Klauen als Mitnehmer vorgesehen.

Eine Kupplung vergleichbarer Bauart fertigt die Firma KTR als Flanschausführung für Verbrennungsmotoren der Bauart FLEPA- Nr. 016. Hier greift zwar der Zwischenring (Flansch) mit einer von der entsprechend der Erfindung allerdings abweichenden Ver­ zahnung an der Nabe an, doch besteht der Zwischenring wiederum aus sehr unelastischem Kunststoff. Bei solchen, ganz bewußt drehsteif gehaltenen Kupplungen stellt sich eben wegen des sehr steifen Werkstoffes zudem das Problem überhaupt nicht, daß die innen am Zwischenring ausgebildete Verzahnung aus der nabensei­ tigen Gegenverzahnung ausrasten könnte.

Schließlich ist noch darauf zu verweisen, daß es schon vor über zwanzig Jahren bekannt gewesen ist, elastische Kupplungen mit Flanschelementen auszurüsten, die aus gummielastisch ver­ netztem Polyurethan bestanden. Der von SCHALITZ herausgegebene Kupplungsatlas, A.G.T.-Verlag Georg Thum, Ludwigsburg, 3. Auf­ lage 1969, erwähnt in diesem Zusammenhang in Kapitel 3.2.4 "Wulstkupplungen" die Periflex-Flanschkupplung der Baureihe 221 mit dem Hinweis, als Werkstoff für deren Flansch würde statt Gummi auch Vulkollan verwendet. Der Flansch wird hier jedoch in aufwendiger und montagetechnisch ungünstiger Weise beiderseits mittels Schrauben und Druckringen an Naben bzw. daran ange­ brachten Befestigungsflanschen gehalten.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die US-PS 38 59 821 eine Kupplung offenbart, deren äußere Kupp­ lungshälfte beim Ausführungsbeispiel vier schmale Zähne mit breiten Zahnlücken dazwischen aufweist. Die problematische Zone der Verbindung des elastischen Körpers mit der inneren Kupp­ lungshälfte ist jedoch wesentlich nachteiliger gestaltet als etwa bei der bereits erwähnten DE-PS 3 73 687, nämlich als Vier­ kantbohrung zum Einsatz einer Vierkantwelle als innerer Kupp­ lungshälfte. Die schmalen Zähne und breiten Zahnlücken des äußeren Kupplungshälfte haben weder mit dem der Erfindung zu­ grundeliegenden Problem noch mit dessen Lösung zu tun, es han­ delt sich allenfalls um ebenso formale wie vermeintliche Ähn­ lichkeiten. Wie nämlich Fig. 4 der US-PS 38 59 821 deutlich zeigt, sind die schmalen Zähne und die breiten Zahnlücken der äußeren Kupplungshälfte eine Folge erstens der quadratischen Geometrie der inneren Kupplungshälfte und zweitens des radial äußerst kurzen elastischen Kupplungskörpers. Die Zähne sind nämlich genau in den Bereichen des elastischen Zwischenrings untergebracht und nur dort, in denen der Innenvierkant dazu hinreichend "Fleisch" zur Verfügung stellt. Denkt man sich nun diese Kupplung im Sinne der Erfindung mit erheblich größerem Durchmesserverhältnis zwischen Innen- und Außendurchmesser des Zwischenrings zur Erzielung einer großen elastischen Länge der Kupplung, so könnte zwar der Außenumfang des Zwischenrings in etwa eine der Form des anmeldungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 ähnliche Gestalt aufweisen, im problematischen In­ nenbereich der Kupplung wäre jedoch nichts gewonnen: der Vier­ kant der inneren Kupplungshälfte würde fraglos in der Vier­ kantaufnahme des Zwischenrings "durchdrehen". Die Kupplung nach der US-PS 8 59 821 ist sicher nur als Kupplung mit geringer ela­ stischer Länge sinnvoll ausführbar.

Bei Kupplungen weiterer Bauarten schließlich werden die elastischen Zwischenringe an der Nabe und/oder dem anderen Kupplungsteil anvulkanisiert, was eine der aufwendigsten und hinsichtlich der Güte der Verbindung am unsichersten zu kon­ trollierenden Arten der Befestigung eines elastischen Elements an einem Metallteil darstellt.

Mithin wird deutlich, daß sich die Kupplung nach der Er­ findung vom Stand der Technik in vielfacher Beziehung unter­ scheidet. Die Erfindung stellt vor allem eine drehelastische Kupplung zur Verfügung, die sehr kostengünstig und varianten­ reich hergestellt werden kann, auch unter beengten Einbauver­ hältnissen leicht zu montieren ist und vor allem hervorragende Eigenschaften hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens, im Hinblick auf ihre Verlagerungen ausgleichende Funktion und schließlich in Bezug auf große übertragbare Drehmomente auf­ weist.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie verstehen sich auch aus ihrer nachfolgenden Beschreibung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Halblängsschnitt durch eine Kupplung mit einem im wesentlichen flachen Zwischenring,

Fig. 2 einen Halblängsschnitt durch eine Kupplung mit einem gewellten Zwischenring,

Fig. 3 die Kupplung nach Fig. 2 mit einer abweichenden Ver­ bindungen zu den Kupplungshälften,

Fig. 4 die Kupplung nach Fig. 2 mit einer abweichenden Ver­ bindung zur inneren Kupplungshälfte,

Fig. 5 eine Viertelansicht der in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Kupplungen, mit bogenförmiger Verzahnung zwischen Nabe und Zwischenring,

Fig. 6 eine Viertelansicht der in den Fig. 3 und 4 darge­ stellten Kupplungen, mit rechteck- bzw. trapezförmi­ ger Verzahnung zwischen Nabe und Zwischenring,

Fig. 7 eine Kupplung nach Fig. 1 mit abweichender Verbindung des Zwischenrings an der äußeren Kupplungshälfte, und

Fig. 8 eine Viertelansicht der in Fig. 7 gezeigten Kupp­ lung.

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete drehelastische Kupplung weist als erste - innere - Kupplungshälfte eine Nabe 11 auf. Eine zweite - äußere - Kupplungshälfte, z. B. ein Schwungrad ei­ nes Motors, ist mit 12 beziffert. Mittels einer Mehrzahl von Bundbuchsen 13 oder Gleithülsen sowie diese durchgreifende Schraubenbolzen 15 ist ein elastischer Zwischenring 16 an der Kupplungshälfte 12 gehalten. Seine Verbindung zur inneren Kupp­ lungshälfte erfolgt über eine Verzahnung 17.

Der Zwischenring 16 ist ein Spritzgieß-Formkörper aus ei­ nem gummielastische Eigenschaften aufweisenden Kunststoff, ins­ besondere Polyurethan mit einer Härte von vorzugsweise unter 75 Shore A.

Die Ausführungsbeispiele zeigen zwei unterschiedliche For­ men seines Radialquerschnitts. Bei der Gestaltung nach Fig. 1 und 7 verjüngt sich der Querschnitt von innen nach außen der­ art, daß sich über den gesamten Querschnitt im wesentlichen gleiche Schubspannungsverhältnisse ergeben. Grundsätzlich fol­ gen auch die Ausführungen entsprechend den Fig. 2 bis 4 diesem Prinzip; sie sind jedoch zusätzlich bauchig bzw. wellig ausge­ formt, wodurch auf einfache Weise eine größere elastische Länge gewonnen wird.

Eine vorteilhaft große elastische Länge entsteht - bei vorgegebenem Durchmesser der äußeren Kupplungshälfte 12 - im übrigen auch dann, wenn der innere Durchmesser der Ringscheibe des Zwischenrings 16 möglichst klein gehalten wird. Die ent­ sprechende Ausführung war bislang ein Problem, das nun durch eine besonders geschickte Ausbildung der Verzahnung 17 gelöst wurde.

Das aus den Fig. 5, 6 und 8 gut zu erkennende, der Nabe 11 zugehörige Verzahnungsprofil zeichnet sich dadurch aus, daß es sehr schmale Zähne 18 und breite Zahnlücken 19 aufweist. Dabei sind wenigstens etwa 70% des Verzahnungsvolumens aus von den Zähnen 20 des Zwischenrings 16 ausfüllbaren Zahnlücken 19 ge­ bildet. Dementsprechend weist die Verzahnung des Zwischenrings 16 sehr breite Zähne und äußerst schmale Zahnlücken zwischen ihnen auf, wenn - was der Fall sein sollte - im wesentlichen ein Volleingriff der Verzahnung erfolgt. Damit ist eine hoch­ stabile formschlüssige Verbindung zwischen der Nabe 11 und dem Zwischenring 16 geschaffen.

Als besonders vorteilhaft erkannte weitere Ausgestaltungen bestehen darin, daß die Verzahnung 17 der Kupplungshälfte 11 im wesentlichen kreiszylindrische Zahnlücken 19 und stegförmige Zähne 18 aufweist, wobei der Rundungsradius der Zahnlücken 19 mindestens etwa zehnmal so groß ist wie der der Zahnköpfe. Fer­ ner kann die Zahnlückentiefe im wesentlichen halb so groß sein wie die Zahnlückenbreite, was eine optimale Werkstoffnutzung in Relation zur angestrebten Festigkeit der Verzahnungsverbindung bedeutet.

Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei der in Fig. 6 darge­ stellten Verzahnung 17 vor, deren Geometrie sich von der bogen­ förmigen der Fig. 5 und 8 im wesentlichen durch ihre Rechteck- oder Trapezform unterscheidet.

Die Verbindung zwischen der Nabe 11 und dem Zwischenring 16 kann im wesentlichen axialfest ausgeführt werden, wobei der Zwischenring mit radialer Vorspannung auf die nabenseitige Ver­ zahnung aufgepreßt wird (Fig. 3 und 7) oder aber mit geringem radialem Spiel, so daß axialgerichtete, gleitende Ausgleichsbe­ wegungen - wie auch eine besonders einfache Aufsteckmontage des Zwischenrings 16 auf die Nabe 11 - möglich sind (Fig. 1, 2 und 4).

In den Fällen des in Axialrichtung auf der Nabe 11 nicht verlagerbaren Zwischenrings 16 ist im Bereich der äußeren Kupp­ lungshälfte 12 mittels der Gleithülsen 14 für Axialspiel ge­ sorgt (Fig. 3, 4 und 7). Ist hingegen der Zwischenring 16 ge­ genüber beiden Kupplungsteilen axialbeweglich angeordnet, wie etwa im Ausführungsfall der Fig. 4, so kann man die Verlage­ rungsfähigkeit des Zwischenrings 16 auf der Nabe 11 etwa mit einem Anschlag 21, z. B. einem Sprengring, begrenzen (Fig. 4).

Der nabenseitige Teil der Verzahnung 17 kann unmittelbar an ihr selbst ausgebildet sein (Fig. 1 und 7) oder an einer be­ sonderen, mit der Nabe 11 fest zu verbindenden Hülse 22 (Fig. 2 bis 4). Dabei kann die Hülse 22 auf die Nabe 11 aufgeschrumpft, aufgepreßt, aufgegossen oder aufgeklebt sein und aus Metall, insbesondere Leichtmetall, oder Kunststoff bestehen.

Die äußere Kupplungshälfte 12 der dargestellten Ausführun­ gen ist zum Anschluß an ein nicht wiedergegebenes Schwungrad mit genormten Anschlußmaßen bestimmt. Zur Aufnahme der Bund­ buchsen 13 bzw. der Gleithülsen 14 weist der Zwischenring 16 entsprechende, geschlossen umrandete Durchbrechungen 23 auf. Die Buchsen 13 oder Hülsen 14 sind dabei unter radialer Vor­ spannung in jeweils eine im Zwischenring 16 eingebrachte Boh­ rung eingesetzt.

Fig. 8 veranschaulicht eine Variante, bei der der Zwi­ schenring 16 an seiner Peripherie radialoffene Randeinschnitte 24 etwa halbkreisförmiger Kontur aufweist, mit denen er form­ schlüssig etwa am halben Umfang der Gleithülsen 14 (Fig. 7) an­ greift.

In allen beschriebenen Fällen der Befestigung des Zwi­ schenrings 16 an der äußeren Kupplungshälfte 12 entfällt ein besonderer, außen um den Zwischenring umlaufender Metallring, wie er etwa bei der Kupplung nach der DE 27 06 479 A1 unver­ zichtbar ist. Der elastische Zwischenring 16 reicht also nun­ mehr in Radialrichtung näher an die - in der Regel genormten - Anschlußmaße eines Schwungrades heran, womit demzufolge an ela­ stischer Länge für den Zwischenring gewonnen wird.

Im Unterschied zu einer Kupplung mit einem aus an der einen und/oder anderen Kupplungshälfte anvulkanisierten Zwi­ schenring aus Gummi läßt sich der Polyurethan-Zwischenring die­ ser Kupplung bei gleicher Leistungsfähigkeit und vergleichbarem elastischen Verhalten schlanker und leichter sowie vor allem mit kleinerem Innendurchmesser gestalten, was in Bezug auf den realisierten Wunsch einfacher Steckbarkeit der Nabe durch rela­ tiv klein bemessene Öffnungen von Gehäuseflanschen und im Hin­ blick auf größtmögliche elastische Länge äußerst vorteilhaft ist.

Im inneren und/oder äußeren Anschluß-Ringbereich kann im übrigen der Werkstoff des Zwischenrings 16 härter als im dazwi­ schen liegenden Bereich eingestellt bzw. ausgebildet werden. Dies ist etwa im Wege des Verbundspritzgießens verschiedener Kunststoffmassen leicht möglich. Erreicht wird damit ein her­ vorragendes elastisches Verhalten der Kupplung im Verein mit hochfesten Verbindungsanschlüssen an die Kupplungshälften.

Claims (11)

1. Drehelastische Kupplung mit einem gummielastischen Zwi­ schenring, der an seinem inneren und ggf. äußeren Umfang mit Zähnen versehen ist und mit diesen in einer korrespondierenden Verzahnung der zugeordneten Kupplungshälfte gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (16) ein Formteil aus gummielastischem Kunststoff wie Polyurethan ist und die Verzahnung (17) der inneren Kupplungshälfte (11) sehr schmale Zähne (18) und breite Zahnlücken (19) aufweist, derart, daß wenig­ stens etwa 70% des Verzahnungsvolumens aus von den Zähnen (20) des Zwischenrings (16) ausfüllbaren Zahnlücken (19) gebildet sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (17) der Kupplungshälfte (11) im wesentlichen kreiszylindrische Zahnlücken (19) und stegförmige Zähne (18) aufweist, wobei der Rundungsradius der Zahnlücken mindestens etwa zehnmal so groß ist wie der der Zahnköpfe.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (17) der Kupplungshälfte (11) eine im wesentli­ chen rechteck- bis trapezförmige Geometrie aufweist.

4. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnlückentiefe etwa halb so groß ist wie die Zahnlückenbreite.

5. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (17) an einer mit der Kupplungshälfte (11) zu verbindenden Hülse (22) angebracht ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall wie Aluminium oder Kunststoff bestehende Hülse (22) haftschlüssig an die Kupplungshälfte (11) aus insbesondere Stahl angespritzt ist.

7. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, ge­ kennzeichnet durch eine Härte des gummielastischen Zwischen­ rings (16) von höchstens 75 bis 80 Shore A.

8. Kupplung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der gummielastische Zwischenring (16) in einem äußeren und/oder inneren rings umlaufenden Abschnitt im Bereich der Verzahnung insbesondere mittels Verbundspritzgießen härter als im übrigen eingestellt ist.

9. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß der elastische Zwischenring (16) im Bereich seiner äußeren und/oder inneren Verbindung mit einer der beiden Kupplungshälften - unter Berücksichtigung eines ra­ dialen Spiels - in Achsrichtung der Kupplung verschieblich ge­ führt ist.

10. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß zum direkten Anschluß der Kupplung (10) an ein vorzugsweise genormtes Schwungrad als der einen Kupplungshälfte (12) nahe der Peripherie der Kupplung Bohrungen zur Aufnahme von Bundbuchsen (13) bzw. Gleithülsen (14) zum Durchgriff der Schraubenbolzen (15) angebracht sind.

11. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß zum direkten Anschluß der Kupplung (10) an ein vorzugsweise genormtes Schwungrad als der einen Kupplungshälfte (12) an der Peripherie der Kupplung (10) raialoffene Randeinschnitte (24) zum formschlüssigen Angriff an von den Schraubenbolzen (15) durchgriffenen Bundbuchsen (13) bzw. Gleithülsen (14) angebracht sind.