DE9206358U1

DE9206358U1 - Drehelastische Kupplung

Info

Publication number: DE9206358U1
Application number: DE9206358U
Authority: DE
Original assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Current assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2002-05-13

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Harald Ostriga Dipl.-ing. Bernd Sonnet

Wuppertal-Barmen · Stresemannstraße 6-8

Zugelassen beim Europäischen Patentamt

Patentanwälte Ostriga & Sonnet ■ Postfach 201327 · D-5600 Wuppertal 2

Anmelderin: Centa-Antriebe

Kirschey GmbH Bergische Str. 7

5657 Haan / RhId

Bezeichnung

der Erfindung: Drehelastische Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelastische Kupplung mit einem gummielastischen Zwischenring, der an seinem inneren und/oder äußeren Umfang mit Zähnen versehen ist und mit diesen in einer korrespondierenden Verzahnung der zugeordneten Kupplungshälfte gehalten ist.

Eine derartige Kupplung ist beispielsweise aus der DE-PS 373 687 bekannt. Sie ist hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens und auch im Hinblick auf gute Verlagerungsfähigkeit der beiden miteinander zu kuppelnden Aggregate sehr vorteilhaft. Wenn jedoch zur Erzielung größerer Elastizität ein größeres Durchmesserverhältnis zwischen Innen- und Außendurchmesser des Zwischenrings gewählt wird, tritt das Problem auf, daß aufgrund von Verwindungen die inneren Zähne des Zwischenelements aus ihrer Verzahnung herausspringen können. Das führt dazu, daß der Einsatz von Kupplungen dieser Bauart durch die

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Begrenzung des von ihr übertragbaren Drehmoments beträchtlich eingeschränkt ist.

Diese Problematik hat der Urheber der DE 27 06 479 A1 erkannt und schlägt deshalb vor, im Bereich der Zahnfüße der inneren Zähne im Zwischenring einen umlaufenden Stützring vorzusehen, der in das Gummi des Zwischenrings einvulkanisiert ist. Damit wird jedoch ein beträchtlicher Mehraufwand bei der Herstellung einer Kupplung dieser Bauart in Kauf genommen. Außerdem beeinträchtigt der Stützring zwangsläufig das elastische Verhalten der Kupplung, bzw. es muß bei der Konstruktion sorgfältig darauf geachtet werden, durch geeignete Auslegung des gummielastischen Elements die Einflüsse des Stützrings weitestgehend zu kompensieren.

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

Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen und in erster Linie dadurch, der Zwischenring ein Formteil aus gummielastischem Kunststoff wie Polyurethan ist und die Verzahnung der Kupplungshälfte sehr schmale Zähne und breite Zahnlücken aufweist, derart, daß wenigstens etwa 70% des Verzahnungsvolumens aus von den Zähnen des Zwischenrings ausfüllbaren Zahnlücken gebildet sind.

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Danach besteht ein erstes wesentliches Merkmal der Erfindung 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, Nachteile und Kosten. Der Zwischenring ist nunmehr ohne weiteres auch recyclebar, in jeder beliebigen Farbe einzufärben, in hohem Maße ölbeständig und äußerst kostengünstig herzustellen. Das zweite wesentliche Merkmal der speziellen Verzahnung garantiert, insbesondere in Verbindung mit dem ersten Teilmerkmal, daß auch bei größeren Drehmomenten die Verzahnung des Zwischenrings nicht ausrastet. Deshalb kann der Teilkreis der Verzahnung 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 Anwendungsgebiete erweitert werden können.

Die Erfindung beschreitet somit zur Lösung des seit langem bestehenden Problems Wege, die in der DE 27 06 479 Al ausdrücklich abgelehnt werden, denn nach den dort offenbarten Vorstellungen sollte eben kein anderes Material als Gummi für den Zwischenring 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

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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 angeschraubte 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 Verzahnung 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 nabenseitigen 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 vernetztem Polyurethan bestanden. Der von SCHALITZ herausgegebene Kupplungsatlas, A.G.T.-Verlag Georg Thum, Ludwigsburg, 3. Auflage 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 angebrachten Befestigungsflanschen gehalten.

Bei Kupplungen weiterer Bauarten schließlich werden die elastischen Zwischenringe an der Nabe und/oder dem anderen zu

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Kupplungsteil anvulkanisiert, was eine der aufwendigsten und hinsichtlich der Güte der Verbindung am unsichersten zu kontrollierenden Arten der Befestigung eines elastischen Elements an einem Metallteil darstellt.

Mithin wird deutlich, daß sich die Kupplung nach der Erfindung vom Stand der Technik in vielfacher Beziehung unterscheidet. Die Erfindung stellt vor allem eine drehelastische Kupplung zur Verfügung, die sehr kostengünstig und variantenreich hergestellt werden kann, auch unter beengten Einbauverhältnissen 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 aufweist .

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 zeigen:

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 Verbindungen zu den Kupplungshälften,

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Fig. 4 die Kupplung nach Fig. 2 mit einer abweichenden Verbindung zur inneren Kupplungshalfte,

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

Fig. 6 eine Viertelansicht der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Kupplungen, mit rechteck- bzw. trapezförmiger Verzahnung zwischen Nabe und Zwischenring,

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

Fig. 8 eine Viertelansicht der in Figur 7 gezeigten Kupplung .

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete drehelastische Kupplung weist als erste - innere - Kupplungshalfte eine Nabe 11 auf. Eine zweite - äußere - Kupplungshälfte, z.B. ein Schwungrad eines 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 Kupplungshälte erfolgt über eine Verzahnung 17.

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

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Die Ausführungsbeispiele zeigen zwei unterschiedliche Formen seines Radialquerschnitts. Bei der Gestaltung nach Fig. 1 und 7 verjüngt sich der Querschnitt von innen nach außen derart, daß sich über den gesamten Querschnitt im wesentlichen gleiche Schubspannungsverhältnisse ergeben. Grundsätzlich folgen auch die Ausführungen entsprechend den Fig. 2 bis 4 diesem Prinzip; sie sind jedoch zusätzlich bauchig bzw. wellig ausgeformt, 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 entsprechende 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 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 gebildet. 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 hochstabile formschlüssige Verbindung zwischen der Nabe 11 und dem Zwischenring 16 geschaffen.

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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. Ferner 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 dargestellten Verzahnung 17 vor, deren Geometrie sich von der bogenförmigen der Fig. 5 und 8 im wesentlichen durch ihre Rechteckoder 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 Verzahnung aufgepreßt wird (Fig. 3 und 7) oder aber mit geringem radialem Spiel, so daß axialgerichtete, gleitende Ausgleichsbewegungen - 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 Kupplungshälfte 12 mittels der Gleithülsen 14 für Axialspiel gesorgt (Fig. 3, 4 und 7). Ist hingegen der Zwischenring 16 gegenüber beiden Kupplungsteilen axialbeweglich angeordnet, wie etwa im Ausführungsfall der Fig. 4, so kann man die Verlage-

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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 besonderen, mit der Nabe 11 fest zu verbindenden Hülse 22 (Fig. 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 Kupplungshalfte 12 der dargestellten Ausführungen ist zum Anschluß an ein nicht wiedergegebenes Schwungrad mit genormten Anschlußmaßen bestimmt. Zur Aufnahme der Bundbuchsen 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 Vorspannung in jeweils eine im Zwischenring 16 eingebrachte Bohrung eingesetzt.

Fig. 8 veranschaulicht eine Variante, bei der der Zwischenring 16 an seiner Peripherie radialoffene Randeinschnitte 24 etwa halbkreisförmiger Kontur aufweist, mit denen er formschlüssig etwa am halben Umfang der Gleithülsen 14 (Fig. 7) angreift .

In allen beschriebenen Fällen der Befestigung des Zwischenrings 16 an der äußeren Kupplungshalfte 12 entfällt ein besonderer, außen um den Zwischenring umlaufender Metallring, wie er etwa bei der Kupplung nach der DE 27 06 479 A1 unverzichtbar ist. Der elastische Zwischenring 16 reicht also nunmehr in Radialrichtung näher an die - in der Regel genormten -

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Anschlußmaße eines Schwungrades heran, womit demzufolge an elastischer Länge für den Zwischenring gewonnen wird.

Im Unterschied zu einer Kupplung mit einem aus an der einen und/oder anderen Kupplungshälfte anvulkanisierten Zwischenring aus Gummi läßt sich der Polyurethan-Zwischenring dieser 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 relativ klein bemessene Öffnungen von Gehäuseflanschen und im Hinblick 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 dazwischen liegenden Bereich eingestellt bzw. ausgebildet werden. Dies ist etwa im Wege des Verbundspritzgießens verschiedener Kunststoffmassen leicht möglich. Erreicht wird damit ein hervorragendes elastisches Verhalten der Kupplung im Verein mit hochfesten Verbindungsanschlüssen an die Kupplungshälften.

Claims

Centa-Antriebe Kirschey GmbH Ansprüche

1. Drehelastische Kupplung mit einem gummielastischen Zwischenring, der an seinem inneren und/oder 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 Kupplungshälfte (11) sehr schmale Zähne (18) und breite Zahnlücken (19) aufweist, derart, daß wenigstens 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 wesentlichen rechteck- bis trapezförmige Geometrie aufweist.

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

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5. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch 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, gekennzeichnet durch eine Härte des gummielastischen Zwischenrings (16) von höchstens 75 bis 80 Shore A.

8. Kupplung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Zwischenring (16) im Bereich seiner äußeren und/oder inneren Verbindung mit einer der beiden Kupplungshälften - unter Berücksichtigung eines radialen Spiels - in Achsrichtung der Kupplung verschieblich geführt ist.

10. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum direkten Anschluß der Kupplung (10) an ein vorzugsweise genormtes Schwungrad als der einen Kupplungshälfte (12) nahe der Peripherie der Kupplung Bohrungen

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zur Aufnahme von Bundbuchsen (13) bzw. Gleithülsen (14) zum Durchgriff der Schraubenbolzen (15) angebracht sind.

11. Kupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum direkten Anschluß der Kupplung (10) an ein vorzugsweise genormtes Schwungrad als der einen Kupplungshalfte (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.