DE3010127A1 - Drehelastische kupplung - Google Patents

Description

Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim/Bergstraße

Drehelastische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine drehelastische Kupplung, bestehend aus einer geraden Anzahl von Mitnehmerklötzen, die sich in radialer Richtung erstreckende Stirnflächen aufweisen sowie Befestigungselemente für den abwechselnden Anschluß entsprechend ausgebildeter Verbindungselemente des An- und Abtriebsflansches.

Eine drehelastische Kupplung der vorstehend angesprochenen Art wird in DE-OS 22 34 437 beschrieben. Zwischen den Mitnehmerklötzen sind dabei sich in Umfangsrichtung erstreckende Gummisäulen angeordnet, die die einander geaenüberllegenden, sich im wesentlichen parallel zur Rotatinns-

achse erstreckenden Stirnflächen der Mitnehmerklötze untereinander verbinden. Die übertragung des eingeleiteten Drehmomentes beschränkt sich infolgedessen im wesentlichen auf denjenigen Anteil der Gummi säulen, der auf Druck belastet ist, und damit auf ca. 50 % der insgesamt vorhandenen Gummisäulen. Das resultierende Gewicht und die resultierenden Abmessungen in bezug auf die übertragung eines bestimmten Drehmomentes sind deshalb außerordentlich unbefriedigend.

Die Auslegung der Gummi säulen muß daneben so vorgenommen werden, daß die übertragung des Nenn-Drehmomentes in zerstörungsfreier Form möglich ist. Eine solche Auslegung bedingt jedoch zwangsläufig ein sehr steifes und unelastisches Verhalten bei der übertragung sehr niedriger Drehmomente, was in bezug auf eine Verwendung im Antriebsstrang eines Kfz außerordentlich unerwünscht ist. Daneben wird bemängelt, daß Überlastungen, die bei solchen Verwendungen niemals auszuschließen sind, unmittelbar zu einer Zerstörung oder zumindest zu einer Beschädigung der Gummi säulen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehelastische Kupplung insbesondere zur Verwendung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zu entwickeln, die bei der übertragung niedriger Drehmomente ein besonders weiches und nachgiebiges Federungsverhalten aufweist, die eine gute Dämpfung von einaeleiteten Schwingungen gewährleistet und die ohne die Gefahr einer Beschädigung in hohem Maße überlastet werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer drehelastischen Kupplung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Befestigungselemente (8) und die Verbindungselemente ineinander eingreifende, sich in axialer und/oder in radialer Richtung erstreckende Vorsprünge aufweisen, daß in einem Abstand radial innerhalb und außerhalb der Mitnehmerklötze (3)

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jeweils ein in sich geschlossener Reifen (l',2) aus einem unelastischen Werkstoff vorgesehen ist, und daß die Mitnehmerklötze bei einem kreisringausschnittförmigen Profil jeweils durch eine Schicht (4,5) aus einem gummielastischen Werkstoff mit den Reifen verbunden sind.

Die Mitnehmerklötze der vorgeschlagenen Kupplung sind untereinander nicht mehr durch Gummisäulen verbunden, sondern sie sind in radialer Richtung nach innen und in radialer Richtung nach außen jeweils durch eine Schicht aus einem gummi el astischen Werkstoff mit den Reifen aus einem unelastischen Werkstoff und dadurch untereinander verbunden. Die Reifen sind in sich steif ausgebildet. Sie bestehen bevorzugt aus Metall. Die übertragung des eingeleiteten Drehmomentes erfolgt durch die Erzeugung einer Schubbeanspruchung in den Gummi schichten, wobei sich infolge der gleichmäßigen Beaufschlagung aller Schichten kleine bauliche Abmessungen realisieren lassen.

Im .unbelasteten Zustand oder bei der übertragung niedriger Drehmomente haben die Schichten ein besonders weichelastisches Verhalten, und die Kupplung weist dadurch eine entsprechend weiche Federkennung auf. Treten höhere Drehmomente oder sehr starke Überlastungen auf, so kommen die einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Mitnehmerklötze unmittelbar aufeinander zu liegen, und es ergibt sich eine formschlüssige Verbindung zwischen An- und Abtriebsstrang, ohne daß eine Beschädigung der Schichten befürchtet werden müßte. Eine ausreichende Sicherheit in bezug auf die Verwendung einschlägig verwendeter Gummimischungen ergibt sich, wenn die Dicke der Schicht (4,5) dem 0,7 bis 2,5-fachen des gegenseitigen Abstandes der Stirnflächen der Mitnehmerklötze am Außen- bzw. am Innenuinfang entspricht. Die Stirnflächen der Mitnehmerklötze sind eben ausgebildet und liegen in einar mit der Rotationsachse zusammenfallenden Ebene, Der absolute Wert der Dicke der Schicht aus. dem gummi el astischen Werkstoff zwischen den Mitnehmerklötzen und dem inneren Reifen ist entsprechend dem kleineren Abstand zur

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Rotationsachse geringer als der entsprechende Wert der Schicht zwischen den Mitnehmerklötzen und dem äußeren Reifen,

Die radialen elastomeren Zwischenschichten sind vorzugsweise so ausgelegt, daß gleiche Spannungsbeanspruchungen dieser Schichten erreicht werden.

Die aufeinanderfolgenden Mitnehmerklotze sind abwechselnd in starrer Form mit dem An- und dem Abtriebsflansch verbunden, um zu verhindern, daß die Klötze während der Einleitung des zu übertragenden Drehmomentes eine Verdrehung oder Verkantung erfahren, Die in Frage kommenden Befestigung- und Verbindungselemente müssen dementsprechend ausgebildet sein, und sie weisen bevorzugt ineinander eingreifende, sich in axialer und/oder in radialer Richtung erstreckende Vorsprünge auf, Der An- und der Abtriebsflansch können beispielsweise mit den Mitnehmerklötzen verschraubt werden, wobei je Mitnehmerklotz dann eine einzige Schraube ausreichend sein kann, wenn diese günstig angeordnet wird, Hinsichtlich der Übertragung größerer Drehmomente oder stärkerer Schwingungen ist es hi gegen günstiger, entweder zwei Schrauben parallel zueinander je Mitnehmerklotz anzuordnen oder an dem Mitnehmerklotz zusätzlich einen sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung anzuordnen, der in eine entsprechende Aussparung des An- bzw, des Abtriebsflansches eingreift

Die Schichten aus dem guroroielastischen Werkstoff müssen absolut fest mit den innerhalb und außerhalb der Mitnehmerklötze umlaufenden Reifen verbunden sein, Eine sehr stabile Verbindung dieser Art läßt sich durch unmittelbares Anvulkanisieren erzeugen. Hierdurch soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß es gegebenenfalls auch möglich ist, die Schichten unabhängig von den Reifen und von den Mitnehmerklötzen zu fertigen, und alle Teile in einem abschließenden Montagevorgang in der vorgeschlagenen Weise zu verbinden, Insbesondere die Erzeugung einer elastischen Vorspannung innerhalb der Schichten in radialer Richtung wird dadurch in be-

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sonders günstiger Weise ermöglicht. Die gegenseitigen Abstände der einzelnen Mitnehmerklötze lassen sich bei einer entsprechenden Ausführung festlegen, indem zusätzliche Verklebungsmittel im Bereich der Kontaktflächen angewendet werden, oder indem an den Reifen und den Schichten sich in radialer Richtung erstreckende Vorsprünge angeordnet werden^ durch die einerseits die Schichten und andererseits die Mitnehmerklötze in einer bestimmten geometrischen Position fixiert sind.

Die die Mitnehmerklötze und die Reifen in radialer Richtung begrenzenden und den Schichten zugewandten Flächen können gleichsinnig kalottenförmig ausgebildet werden. Hierdurch läßt sich die Knickelastizität wesentlich verbessern, wodurch eine Verwendung der vorgeschlagenen Kupplung auch in nicht fluchtenden Wellensträngen möglich ist.

Der Winkel, den die jeweils einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Mitnehmerklötze einschließen, kann abwechselnd ein kleines und ein großes Maß (aß) in regelmäßig wiederkehrender Form aufweisen. Hierdurch erhält die vorgeschlagene Kupplung eine von der Drehrichtung abhängige, unterschiedliche Elastizität, was sich insbesondere in bezug auf eine Verwendung im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen positiv auswirkt. Bei Vorwärtsfahrt soll dieser eine besonders große Elastizität haben, was bei Rückwärtsfahrt nicht in gleicher Weise erforderlich ist. Die vorgeschlagene Kupplung verbindet das eine Merkmal mit dem anderen) wobei es sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat, wenn das Verhältnis aus dem großen und dem kleinen Winkel 1^'5 bis 4 beträgt. Innerhalb dieses Verhältnisses wird sowohl in bezug auf die Vorwärtsfahrt als auch in bezug auf die Rückwärtsfahrt ein befriedigender Fahrkomfort erzielt.

Um zu verhindern, daß beim Aufschlagen der Stirnflächen der Mitnehmerklötze aufeinander Geräusche entstehen, wird vorgeschlagen, jeweils wenigstens eine dieser einander gegenüberliegenden Flächen mit einer Pufferschicht aus einem elastisch nachgiebige/! Werkstoff zu versehen.

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Die Pufferschicht kann aus einem gummi el astischen Werkstoff bestehen, und durch eine Verklebung mit der jeweiligen Stirnfläche verbunden sein. Als vorteilhafter in bezug auf eine Massenproduktion hat es sich hingegen erwiesen, die Pufferschicht im gleichen Arbeitsgang und im gleichen Werkzeug durch Anformen und durch Vulkanisieren zu erzeugen wie die Schichten aus dem gummielastischen Werkstoff zwischen den Mitnehmerklötzen und dem äußeren bzw. dem inneren Reifen. Es ist im allgemeinen mit keinen Mehraufwendungen verbunden und erbringt erhebliche Vorteile, wenn die Pufferschicht auf beiden Stirnflächen der Mitnehmerklötze eingeordnet ist, so da3 sich eine durchgehende Beschichtung aus dem elastomeren Werkstoff auf allen sich parallel zur Rotationsachse der Kupplung erstreckenden Flächen ergibt.

Die Dicke der Pufferschichten braucht nur dünn zu sein, wobei es im allgemeinen ausreichend ist, wenn die Oberfläche als eine ebene Fläche ausgebildet ist, die in allen Bereichen auf die Rotationsachse der Kupplung ausgerichtet ist. Bereits durch eine solche Ausbildung wird zuverlässig eine Geräuschbildung vermieden, die sich sonst beim Aufeinandertreffen der aus Metall bestehenden Mitnehmerklötze ergeben würde. Wegen der in dieser Belastungssituation gegebenen fgfmschlüssigen Einspannung der ebenen Pufferschichten in radialer Richtung zwischen den Reifen und in Umfangsrichtung zwischen den Stirnflächen der Mitnehmerklötze weisen diese jedoch nur eine geringe elastische Nachgiebigkeit auf, wodurch es zu einem spontanen Anstieg der Federsteif igkeit kommt. Ein solcher spontaner Anstieg, der unter bestimmten Voraussetzungen zu einer Beschädigung angeschlossener Maschinenelemente führen könnte, läßt sich vermeiden, wenn die Oberfläche der Pufferschichten eine oder mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Aufwölbungen aufweist, die beispielsweise kalottenähnlich ausgebildet seir können. Zweckmäßigerweise wird die Höhe der Aufwölbungen so gewählt, diß die bei den angesprochenen Belastungsbedingungen vorliegende, steile Feder kennung, die aus dem hohen Deformationsgrad der Gummi schichten resultiert,

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gleichmäßig und unter Vermeidung eines scharfen Knickpunktes in einen nochmals wesentlich steileren Kurvenverlauf überführt wird. Selbst aus Schlagbelastungen resultierende Kräfte werden hierdurch gleichmäßig aufgefangen.

Die Ausführung der vorgeschlagenen Kupplung, bei der die Mitnehmerklötze paarweise in Umfangsrichtung unterschiedlich große Abstände haben, läßt sich paarweise besonders günstig am Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwenden, in dem die Mitnehmerklötze einer ersten Kupplung abtriebsseitig mit den Mitnehmerklötzen einer zweiten Kupplung so verbunden werden, daß den kleinen Abständen der ersten Kupplung große Abstände der zweiten Kupplung gegenüberliegen. Durch eine solche Anordnung addieren sich die Eigenschaften beider Kupplungen in einer besonders günstigen Weise, und es wird neben einer guten Isolierung von Schwingungen, die nrit kleinen Drehmomenten eingeleitet werden, eine gute Dämpfung von Schwingungen erreicht, die bei übertragung höherer Momente auftreten.

Die vorgeschlagene Kupplung zeichnet sich neben den angesprochenen günstigen dynamischen Eigenschaften durch kleine Abmessungen und durch ein kleines Gewicht aus. Letzteres läßt sich bei Verwendung von Aluminium für die Ausbildung der Mitnehmerklötze und der Reifen auf ein Minimum reduzieren.

Die vorgeschlagene Kupplung hat eine hervorragende Zentrierwirkung in bezug auf die angeschlossenen Wellenenden, was den Einbau erleichtert und es ist ein hervorzuhebender Vorteil, daß das Auftreten von Fliehkräften die Wirksamkeit und die Wirkungsweise nicht beeinflußt.

In der in der Anlage beigefügten Zeichnung ist auf eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Kupplung Bezug genommen:

Figur 1 zeigt eine Kupplung in der Vorderansicht, bei der die Mitnehmerklötze paarweise unterschiedlich große Abstände voneinander haben.

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Figur 2 zeigt die Kupplung gemäß Figur 1 in längsgeschnittener Darstellung.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung, bei der die den Gummischichten zu· gewandten Flächen der Mitnehmerklötze und der Reifen eine gleichsinnige, konvexe Rundung aufweisen.

Figur 4 zeigt eine Kupplung mit Auf v/ölbungen auf den Pufferschichten.

Die in Figur 1 dargestellte Kupplung besteht aus einem inneren Reifen 1, einem äußeren Reifen 2 und aus in dem Zwischenraum angeordneten Mitnehmerklötzen 3. Die genannten Teile bestehen aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium. Sie sind durch die Vulkanisatio» eines elastomeren Werkstoffes, der schichtartig in den Zwischenräumen angeordnet ist, untereinander verbunden, wobei die äußere Schicht 4 und di( innere Schicht 5 entsteht. An den Stirnflächen 6 der Mitnehmerklötze 3 ist jeweils eine Schicht aus dem vernetzten elastomeren Werkstoff anvulkanisiert, deren Vorderseite eine auf die Rotationsachse der Kupplung ausgerichtete Ebene bildet.

Von den Mitnehmerklötzen 3 sind die Mitnehmerklötze 3 a starr mit dem nicht dargestellten Antriebsflansch verbunden, die dazwischenliegenden Mitnehmerklötze 3 b mit dem ebenfalls nicht dargestellten AbtriebsflanscF Die Kupplung wird im allgemeinen in axialer Richtung zwischen dem An- unc dem Abtriebsflansch angeordnet, wobei diese zweckmäßigerweise ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet werden, was natürlich in bezug auf die Funktion der vorgeschlagenen Kupplung an sich keinen Einfluß hat.

Es ergibt sich unter Betriebsbcdincjun<jen die folgende Wirkungsweise:

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Bei Einleitung eines rechtsdrehenden Drehmomentes über den Antriebsflansch in die Mitnehmerklötze 3 a ergibt sich eine rechtsdrehende Schubbelastung in den Schichten zwischen den Mitnehmerklötzen und dem inneren und dem äußeren Reifen. Die eingeleitete Kraft wird von diesen auf die Schichten zwischen den Reifen und den Mitnehmerklötzen 3 b sowie von diesen auf den damit verbundenen Abtriebsflansch übertragen. Die Schubbelastung in den Schichten zwischen den Mitnehmerklötzen 3 a und den Reifen ist deshalb identisch derjenigen zwischen den Mitnehmerklötzen 3 b und den Reifen. Die jeweiligen Deformationen sind dementsprechend gleich. Die Auslenkbewegung der'Mitnehmerklötze aus der neutralen Position jedes einzelnen Klotzes ist dementsprechend identisch.

Bei Einleitung eines weiter ansteigenden Drehmomentes ergibt sich eine zunehmende Deformation der Schichten 4, 5,

Bei höheren Drehmomenten oder plötzlich auftretender überlastung kommt es zum Aneinanderanllegender Oberflächen der einander zugewandten Pufferschichten auf den Stirnflächen. Da diese in radialer Richtung nach innen und nach außen durch die Reifen und in Umfangsrichtung durch die Stirnflächen der Mitnehmerklötze an einer Ausdehnung gehindert sind, haben sie nur eine sehr geringe Deformationsfähigkeit, und das eingeleitete Drehmoment wird unmittelbar durch die Mitnehmerklötze übertragen.

Die Mitnehmerklötze haben paarweise einen unterschiedlich großen Abstand voneinander. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Krafteinleitung entgegen der vorstehend behandelten Einleitungsrichtung nur eine relativ geringere elastische Verformung der Schichten möglich sind. Eine solche Verminderung ist jedoch in bezug auf eine Verwendung der Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges im allgemeinen nicht störend, weil der Bereich der auftretenden Belastungen bei Rückwärtsfahrt wesentlich geringer ist als bei Vorwärtsfahrt.

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Die Mitnehmerklötze weisen parallel zur Rotationsachse eine zylindrische Aussparung auf mit einer darin angeordneten Buchse 8 zur verdrehsicheren Verankerung an dem An- bzw. an dem Abtriebsflansch. Die Buchse weist eine Stirnseitige Verzahnung auf, der eine entsprechende Verzahnung des An- bzw. des Abtriebsflansches zugeordnet ist.

In Figur 2 ist die Kupplung gemäß Figur 1 in längsgeschnittener Darstellu wiedergegeben, wodurch verdeutlicht werden soll, daß die in radialer Rieh tung außen angeordnete Schicht 4 eine größere axiale Länge haben kann als die in radialer Richtung innerhalb der Mitnehmerklötze 3 liegende Schicht 5. Durch solche Ausführungen lassen sich die Außenabmessungen verringern oder bei gleichem Außendurchmesser die elastisch übertragbaren Drehmomentwerte erhöhen, Es ist dabei jedoch anzustreben, daß die spezifische Querschnittsbelastung der äußeren Schichten 4 und der inneren Schichten 5 in einer vergleichbaren Größenordnung liegt.

Figur 3 nimmt Bezug auf eine Ausführung der Kupplung bei der die die Mitnehmerklötze und die Reifen in radialer Richtung begrenzenden und den Schichten zugewandten Flächen gleichsinnig kalottenförmig ausgebildet sind. Hierdurch wird insbesondere eine verbesserte Elastizität bei einer winkelmäßigen Zuordnung der angeschlossenen Wellen erreicht. In begrenzten Maße sind außerdem kardanische Eigenschaften erziel bar.

In Figur 4 ist eine Ausführung in Vorderansicht wiedergegeben, bei der eine der jeweils mit Abstand gegenüberliegenden Pufferschichten mit einer kalottenähnlichen Aufwölbung versehen ist, die in der Mitte der Stirnfläche in Umfangsrichtung zeigte Hierdurch wird der steile Anstieg der Federkennung bei formschlüssiger Kraftübertragung gemildert. Anstelle einer einzigen Kalotte kann auch eine Mehrzahl vorgesehen werden und die Aufwölbungen können auch eine abweichende Gestalt haben, beispielsweise in Form von Rippen, In bezug auf den Zweck wird jedoch in allen Fällen einer Form der Vorzug gegeben',' bei der das Profil ähnlich einer Glockenkurve ausgebildet ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ( l.jDrehelastische Kupplung, bestehend aus einer geraden Anzahl von Mitnehmerklötzen, die sich in radialer Richtung erstreckende Stirnflächen aufweisen sowie Befestigungselemente für den abwechselnden Anschluß entsprechend ausgebildeter Verbindungselemente des An- und Abtriebsflansches, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (8) und die Verbindungselemente ineinander eingreifende, sich in axialer und/oder in radialer Richtung erstreckende Vorsprünge aufweisen, daß in einem Abstand radial innerhalb und außerhalb der Mitnehmerklötze (3) jeweils ein in sich geschlossener Reifen (1,2) aus einem unelastischen Werkstoff vorgesehen ist, und daß die Mitnehmerklötze bei einem kreisringausschnittförmigen Profil jeweils durch eine Schicht (4','5) aus einem gummi elastischen Werkstoff mit den Reifen verbunden sind,

   2,-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (4,5) dem 0,7 bis 2,5-fachen des gegenseitigen Abstandes der Stirnflächen der Mitnehmerklötze am Außen- bzw, am Innenumfang entspricht.

   3. Kupplung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet', daß die Schicht (4,5) elastisch vorgespannt ist.

   4. Kupplung nach Anspruch 1 bis Z\ dadurch gekennzeichnet, daß die

   die Mitnehmerklötze und die Reifen in radialer Richtung begrenzenden und den Schichten zugewandte Flächen kalottenförmig ausgebildet sind.

   5. Kupplung nach Anspruch 1 bis 4^ dadurch gekennzeichnet', daß der Winkel, den die jeweils einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Mitnehmerklötze einschließen', abwechselnd ein kleines und ein großes Maß (0(,ß) in regelmäßig wiederkehrender Folge auiweist.

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   6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus dem großen und dem kleinen Winkel 1,5 bis 4 beträgt.

   7. Kupplung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnflächen der Mitnehmerklötze wenigstens einseitig mit einer Pufferschicht (7) aus einem elastisch nachgiebig!

   ■ Werkstoff versehen sind.

   8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Pufferschichten eine oder mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Aufwölbungen (10) aufweisen.

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