DE3545027A1 - Elastische wellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Elastische Wellenkupplungen dieser Art, die auch Steckkupplungen genannt werden, sind vor allem für Anwendungsfälle vorgesehen, bei denen der für den Einbau zur Verfügung stehende Raum von der Seite her nicht zugänglich ist. Bei den bekannten elastischen Wellenkupplungen dieser Art besteht das Zwischenglied aus einem einheitlichen ringförmigen Gummikörper. Die Drehmomentübertragung einer solchen Kupplung ist begrenzt, weil bei einer bestimmten Belastung sich die aus Gummi bestehende Verzahnung aus der Innenverzahnung des äußeren starren Kupplungsteils herauszieht. Während des Betriebes einer solchen Wellenkupplung entsteht zwar durch die Fliehkraft ein Einfluß, der dem Herausziehen der Gummiverzahnung teilweise entgegenwirkt, weil aufgrund der Fliehkraft die verformbaren Gummizähne nach außen in die Innenverzahnung eingedrückt und somit die normalerweise vorhandenen Spiele überbrückt werden.

Um ein möglichst hohes übertragbares Drehmoment bei einer solchen Wellenkupplung zu erreichen, hat man in der Vergangenheit das elastische Zwischenglied aus einem relativ harten Gummi gefertigt. Wird aber eine möglichst hohe Drehelastizität verlangt, ist der vorgenannte Weg nicht gangbar. Eine Vergrößerung der radialen elastischen Länge des Zwischengliedes scheitert an den damit gleichzeitig wachsenden äußeren Abmessungen der Wellenkupplung. Versucht man bei einer vorgegebenen Leistung und vorgegebenen Abmessungen dennoch eine hohe Drehelastizität durch Verwendung eines entsprechend weichen Gummis zu verwirklichen, so wächst die Gefahr der Unsicherheit im Betrieb, weil der Abstand zwischen dem maximal übertragbaren Drehmoment und dem mittleren Antriebsmoment nicht mehr groß genug ist.

Um eine Verstärkung im Bereich der Verzahnung des elastischen Zwischengliedes zu erreichen, ist man dazu übergegangen, einen glatten oder profilierten Metallring nahe der Verzahnung etwa auf ihrer gesamten axialen Länge im Gummikörper einzubetten. Damit ist zwar bei Verwendung eines glatten Ringes eine Verstärkung der Verzahnung in radialer Richtung erreichbar, aber zugleich wird die begünstigende Wirkung der Fliehkraft während des Betriebes der Wellenkupplung aufgehoben. Der Einsatz eines entsprechend der Verzahnung profilierten Ringes führt dagegen zu einer nahezu starren Verzahnung, da es sich in diesem Fall im wesentlichen um Metallzähne mit dünner Gummiauflage handelt. Darüber hinaus kann die Verwendung derartiger Metallringe, die sich nahezu über die gesamte axiale Länge des Gummikörpers erstrecken, aufgrund ihrer relativ großen Masse in schwingungsgefährdeten Antrieben zu Zusatzbeanspruchungen in der Kupplung führen. Überdies sind breite Ringe verhältnismäßig teuer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine elastische Wellenkupplung dieser Art weiterzuentwickeln und zu verbessern, um den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen, d.h. es soll eine elastische Wellenkupplung geschaffen werden, die eine relativ hohe Drehelastizität aufweist und dennoch für eine sichere Übertragung höherer Drehmomente geeignet ist, als dies mit bekannten, etwa gleich großen derartigen Wellenkupplungen möglich ist.

Ausgehend von einer elastischen Wellenkupplung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der äußeren Zone nahe an ihrer radial inneren Grenzfläche und nahe an den axialen Außenflächen wenigstens je ein geschlossener metallischer Ring, vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt, konzentrisch zur Drehachse im Gummi eingebettet ist.

Hiernach ist anders als bei den bekannten Bauarten eine Verstärkung der äußeren Zone des Zwischengliedes nur in den besonders gefährdeten axial endseitigen Ringbereichen vorgesehen. Dabei wird an jeder Seite mit wenigstens einem geschlossenen metallischen Ring relativ geringer Masse eine radiale Abstützung der gegenüber der axial eingeschnürten inneren Zone überstehenden Abschnitte der äußeren Zone bewirkt und mithin ein Zurückbiegen dieser überstehenden Abschnitte bei der Übertragung größerer Drehmomente verhindert. Da andererseits der mittlere Bereich freibleibt, d.h. von den Wirkungen der metallischen Ringe nicht erfaßt wird, kann der axial innere Grundkörper des Zwischengliedes sich während des Betriebs der Wellenkupplung unter der Einwirkung der Fliehkraft ungehindert radial ausdehnen und damit die aus Gummi bestehenden Zähne nach Überwindung des üblichen Spiels fester in die Nuten der Verzahnung des äußeren starren Kupplungsteils einpressen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elastische Zwischenglied als Zweikomponenten-Körper ausgebildet, d.h. in der äußeren Zone wird Gummi mit einer größeren Härte als in den inneren Zonen eingesetzt. Damit erhält die äußere Zone mit der Außenverzahnung einen höheren Biegewiderstand, der eine wesentliche Steigerung des übertragbaren Drehmoments mit sich bringt, ohne daß eine nennenswerte Verschlechterung der Drehelastizität in Kauf genommen werden muß, da diese praktisch durch die innere Zone bestimmt wird, in der das Gummi weicher ist als in der äußeren Zone. Auch bei dieser Ausführung ist in den axial überstehenden Ringbereichen der äußeren Zone wenigstens je ein geschlossener metallischer Ring im Gummi eingebettet, der in gleicher Weise wie bei der Ausführung des Zwischengliedes als homogener Gummikörper der radialen Abstützung an diesen besonders gefährdeten Stellen dient.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die metallischen Ringe aus Drahtlitzen in der Art eines Drahtseils ausgebildet, wobei die Stoßstellen der einzelnen Litzen über den Umfang gesehen mit etwa gleichem Abstand voneinander verteilt sind. Solche Drahtseile lassen sich auf herkömmliche Weise maschinell einfach und preiswert herstellen. Dank der Vielzahl von Einzeldrähten ist bei solchen Ringen nicht die Gefahr des Ausfalls durch Bruch, wie bei einem massiven Ring, gegeben. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß ein aus Drahtlitzen gebildeter Ring gegenüber einem massiven Ring mit glatter Oberfläche eine wesentlich größere Oberfläche hat und damit dem Gummi beim Vulkanisieren, der auch in die feinen Zwischenräume zwischen den einzelnen Litzen eindringen kann, eine entsprechend größere Angriffs- und Haftfläche bietet. Insgesamt bieten metallische Ringe mit einem kreisrunden Querschnitt den Vorteil einer äußerst geringen Masse, so daß auch bei hoher Schwingungsbeaufschlagung des Antriebs unerwünscht große Beschleunigungskräfte, mit der die Gefahr des Losschlagens eines metallischen Rings im Gummi verbunden ist, nicht entstehen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer elastischen Wellenkupplung gemäß der Erfindung in der Ebene der Linien I-I der Fig. 2 und

Fig. 2 eine Teilansicht der Wellenkupplung in axialer Richtung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten elastischen Wellenkupplung ist der innere starre Kupplungsteil gebildet aus einer Nabe (1), die an einer Stirnseite eine Eindrehung enthält, durch die eine quer zur Drehachse verlaufende Ringfläche (2) gebildet ist, an der ein Flanschring (3) mittels Schraubenbolzen (4) lösbar befestigt ist. Am Flanschring (3) ist ein in axialer Richtung sich erstreckender Tragring (5) angeformt, der die Nabe (1) unter Einhaltung eines Ringspaltes (6) umgibt. Achsparallele Verbindungsbohrungen (7) im Flanschring (3) verbinden den Ringspalt (6) mit der anderen Seite des Flanschringes (3) und ermöglichen so die Bildung eines Kühlluftstromes.

An der äußeren Mantelfläche des Tragringes (5) ist ein Zwischenglied (8) in Form eines einteiligen Ringkörpers aus Gummi durch Vulkanisieren befestigt. Dieser Ringkörper ist im Bereich einer radial inneren Zone (9) als Körper gleicher Drehfestigkeit ausgebildet. An diese innere Zone (9) schließt sich eine radial kurze Übergangszone (9 a) an, die in eine äußere Zone (10) mit einer axialen Stärke übergeht, die etwa der axialen Stärke im Fußbereich der inneren Zone (9) entspricht. Die Übergangszone ist von konkav geformten Wandflächen (11) begrenzt, die an den inneren Kanten (12) der Außenflächen (13) der äußeren Zone (10) enden. Am Umfang der äußeren Zone (10) ist diese in der Art eines Stirnzahnrades geformt, d.h. hier enthält die äußere Zone eine Verzahnung mit untereinander gleichen Zähnen (14).

Die aus Gummi bestehenden Zähne (14) greifen in Nuten (15) einer angepaßten Innenverzahnung eines Außenringes (16) ein, der den äußeren starren Kupplungsteil bildet. Innerer Kupplungsteil und Zwischenglied (8) sind durch eine einfache Axialbewegung mit dem Außenring (16) formschlüssig verbindbar und in umgekehrter Richtung auch wieder lösbar.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält der Außenring (16) in der Umfangsrichtung mit gleichem Abstand aufeinanderfolgende, zur Drehachse (D) parallele Durchgangsbohrungen (17) für die Aufnahme von Schraubenbolzen (18), die mit ihrem Gewindeende in Gewindebohrungen eines Motorschwungrades (19) eingeschraubt sind und der lösbaren Befestigung des Außenringes (16) am Schwungrad (19) dienen.

Bei einem in dieser Weise ausgebildeten elastischen Zwischenglied (8) besteht bei der Übertragung größerer Drehmomente die Gefahr, daß sich die axialen Endabschnitte der äußeren Zone (10), die gegenüber der eingeschnürten inneren Zone (9) überstehen, radial nach innen zurückbiegen, was ein Herausspringen der Zähne (14) aus den Nuten (15) der Innenverzahnung des Außenringes (16) zur Folge hat. Um dies zu verhindern, ist in den überstehenden Abschnitten der äußeren Zone (10) nahe an ihrer radial inneren zylindrischen Grenzfläche (10 a) je ein geschlossener metallischer Ring (20) mit kreisrundem Querschnitt konzentrisch zur Drehachse (D) im Gummi eingebettet bzw. einvulkanisisert. Vorteilhafterweise bestehen die Ringe (20) aus Drahtlitzen in der Art eines Drahtseils.

Die Ringe (20) bewirken eine radiale Abstützung der axial überstehenden Ringabschnitte der äußeren Zone (10) und verhindern somit ein Zurückbiegen dieser Abschnitte bei stärkeren Drehmomentbelastungen der Wellenkupplung. Wie die Schnittansicht in Fig. 1 zeigt, haben die Ringe (20) einen genügend großen axialen Abstand voneinander, so daß der Kernbereich des elastischen Zwischengliedes (8) freibleibt und somit während des Betriebes der Wellenkupplung das Gummimaterial sich unter der Einwirkung der Fliehkraft ungehindert nach außen ausdehnen kann und folglich eine entsprechende Anpressung der aus Gummi bestehenden Zähne (14) in die Nuten (15) der Innenverzahnung des Außenringes (16) stattfinden kann.

Eine weitere nennenswerte Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes läßt sich erreichen, wenn das elastische Zwischenglied (8) in der äußeren Zone (10) aus einem härteren Gummi als in der inneren Zone (9) und im Übergangsbereich (9 a) gefertigt wird, d.h. als Zweikomponenten-Körper ausgebildet wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß die Drehelastizität der Wellenkupplung in einem solchen Fall nicht nennenswert beeinträchtigt wird, da diese im wesentlichen durch die Eigenschaften des weicheren Gummis der inneren Zone (9) des elastischen Zwischengliedes (8) bestimmt wird.

Für eine Wellenkupplung in einer bestimmten Größe kann beispielsweise die Gummihärte der inneren Zone (9) einschließlich der Übergangszone (9 a) etwa 45° Shore A und für die äußere Zone (10) etwa 75° Shore A betragen.

Claims (4)

1. Elastische Wellenkupplung mit einem radial inneren starren nabenförmigen Kupplungsteil, einem äußeren starren Kupplungsteil und einem aus Gummi oder einem ähnlichen Material bestehenden einteiligen ringförmigen Zwischenglied zur Übertragung des Drehmoments zwischen den starren Kupplungsteilen, welches am inneren Kupplungsteil befestigt ist, z.B. durch Vulkanisieren, und am äußeren Umfang eine Verzahnung nach Art eines Stirnzahnrades aufweist, die mit einer entsprechenden Innenverzahnung am äußeren Kupplungsteil axial bewegbar in Eingriff steht, und wobei das elastische Zwischenglied sich aus einer radial gesehen inneren Zone als Körper gleicher Drehfestigkeit, d.h. mit radial nach außen abnehmender axialer Stärke, einer kurzen Übergangszone und einer äußeren Zone zusammensetzt, die an ihrem Umfang die Verzahnung aufweist und deren axiale Stärke etwa der Stärke der inneren Zone an ihrem inneren Umfang entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Zone (10) nahe an ihrer radial inneren Grenzfläche (10 a) und nahe an den axialen Außenflächen (13) wenigstens je ein geschlossener metallischer Ring (20), vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt, konzentrisch zur Drehachse (D) im Gummi eingebettet ist.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Zone (10) aus Gummi mit größerer Härte als die innenliegenden Zonen (9, 9 a) ausgebildet ist.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die metallischen Ringe (20) aus Drahtlitzen in der Art eines Drahtseils gebildet sind.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtseile aus einer Anzahl Drahtlitzen geflochten sind, deren Stoßstellen über den Umfang mit etwa gleichem Abstand voneinander verteilt sind.