-
Die
Erfindung betrifft eine Metallbalgkupplung zur Drehmomentübertragung
mit zwei Kupplungsnaben und einem dazwischen angeordneten, federelastischen
Metallbalg, dessen beide am Ende befindlichen Balgborde jeweils
in eine umlaufende, axial zum Metallbalg offene Ringnut in der dazugehörigen Kupplungsnabe
eingreifen und dort mit der Kupplungsnabe verbunden sind.
-
Eine
derartige Metallbalgkupplung dient zum Verbinden nicht genau fluchtender
Wellen oder anderer An- oder Abtriebselemente mit einem federelastischen
Metallbalg, der ein- oder mehrwandig ausgestaltet sein kann.
-
Wenn
im Rahmen der vorliegenden Unterlagen von einer Kupplungsnabe die
Rede ist, dann sind damit alle Elemente umfasst, die zum Verbinden
des Metallbalges mit einem An- oder Abtrieb geeignet sind.
-
Einen
kritischen Punkt für
derartige Metallbalgkupplungen stellt die Verbindung zwischen dem Mantel
des Metallbalges und der Kupplungsnabe dar. So ist es beispielsweise
schon bekannt, eine ebenfalls aus Metall bestehende Kupplungsnabe
mit dem Mantel durch Verschweißen
zu verbinden oder den Mantel außen
auf die Kupplungsnabe aufzukleben. Derartige Verbindungen und deren
Nachteile sind bereits in der
DE 36 39 092 A1 beschrieben. Zur Beseitigung
dieser Nachteile wird dort empfohlen, die Kupplungsnabe mit einer
sich in axialer Richtung des Metallbalges erstreckende Ringnut zu
versehen, in die die Enden des Metallbalges und somit der sogenannte
Balgbord eingesteckt und beidseitig verklebt ist. Eine derartige
Klebeverbindung ist jedoch steif und den Schwingungsbelastungen
nur schlecht gewachsen.
-
Aus
diesem Grunde empfiehlt die
DE
40 31 486 A1 bei einer Metallbalgkupplung der hier in Rede stehenden
Art die Ringnut, in die der Metallbalg eingesteckt wird, durch die
Vormontage eines außen
angebrachten Befestigungsringes zu bilden. Diese Ringnut wird dann
mit Klebstoff gefüllt.
Der dann einzusteckende Balgbord soll dabei beidseitig mit Kleber
umgeben werden, der handelsüblicher
Art ist. Auf diese Weise soll eine einfache schwingungsbeständige Balg-Nabe-Verbindung
hergestellt werden. Allerdings ist eine derartige Verbindung von
Nabe und Metallbalg nicht in der Lage, verschiedene Schwingungen
zu dämpfen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Metallbalgkupplung
bereitzustellen, mit der Axial-, Radial- und Drehschwingungen gedämpft werden
können.
-
Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Metallbalgkupplung mit den Merkmalen Lehre
des Anspruchs 1.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Metallbalgkupplung
sind die beiden ringförmigen
Enden des Metallbalges und somit der Balgbord in den Raum eingesteckt,
der von der in der Kupplungsnabe ausgenommenen Ringnut eingeschlossen
wird. Allerdings berührt
der Balgbord die Kupplungsnabe nicht und ist somit nicht direkt
damit verbunden. Die Verbindung erfolgt vielmehr durch ein Elastomer
bzw. einen elastomeren Kunststoff, der sich in der Ringnut befindet und
einerseits an den Wänden
davon anhaftet sowie andererseits auch mit dem Balgbord verbunden
ist bzw. daran anhaftet. Das Elastomer füllt dabei zweckmäßigerweise
die Ringnut vollständig
aus. Die Drehmomentübertragung
und somit die Verbindung zwischen Kupplungsnabe und Balgbord erfolgt
somit mittels dieses Elastomers. Auf diese Weise ist die Kupplungsnabe
von dem Metallbalg schwingungsmäßig entkoppelt.
-
Die
Ringnut ist dabei in Richtung des Metallbalges offen und U-förmig ausgebildet.
Mit anderen Worten, die Ringnut besitzt bezogen auf die Längsachse
die Form eines liegenden U's.
Bringt man diese umlaufende Ringnut radial außen an der Kupplungsnabe an
und lässt
man den radial außenliegenden
Seitenschenkel der U-Form teilweise oder vollständig weg, dann erhält man einen
umlaufenden, axial zum Metallbalg sowie zumindest teilweise nach radial
außen
offenen Absatz. Der Begriff Ringnut, in die der Balgbord eingesetzt
wird bzw. ist, umfasst im Rahmen der vorliegenden Anmeldung somit
auch die Ausführungsform
eines wie oben beschriebenen Absatzes. Die Ringnut bzw. der Absatz
befindet sich dabei natürlich
an der metallbalgseitigen Stirnseite der Kupplungsnabe.
-
Da
die Ringnut umläuft,
kann das Elastomer einen Elastomerring bilden, der auf übliche Weise
in die Ringnut eingesetzt werden und mit dessen Wand bzw. Wänden verbunden
werden kann, beispielsweise durch Verkleben.
-
Wird
nun beispielsweise zuerst der Elastomerring in die Ringnut eingesetzt,
dann erfolgt die Verbindung zwischen dem dann später eingesetzten Balgbord vorzugsweise
durch Verkleben mit dem Elastomerring.
-
Nach
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
wird das Elastomer in die Ringnut eingespritzt und dabei auch auf
die Balgborde aufgespritzt. Dazu wird zuerst der Balgbord in die
Ringnut eingesetzt. Dann wird das Elastomer in die Ringnut eingespritzt.
Dabei wird das Elastomer mit den Wänden der Ringnut und mit dem
Balgbord verbunden. In diesem Falle entfällt das Verkleben. Vielmehr
erfolgt die Herstellung des Elastomerringes und der Verbindung mit
Ringnut bzw. Balgbord in einem kostengünstigen Arbeitsgang.
-
Das
Elastomer bzw. der daraus gebildete Elastomerring dämpft dabei
die Axial-, Radial- und Drehschwingungen. Zweckmäßigerweise wählt man ein
Elastomer, das auch elektrisch isoliert und die Wärmeleitung
stark vermindert, was insbesondere bei Drehzahlgebern von Vorteil
ist.
-
Vorzugsweise
wird Elastomer eingesetzt, welches über gute schwingungsdämpfende
Eigenschaften verfügt
und insbesondere hochfrequente Schwingungen (Tiefpass) nicht weiterleitet.
-
Die
Wandung des Metallbalges verläuft
an den beiden Enden davon in etwa in Axialrichtung und bildet – wie bereits
dargelegt – einen
Ring, den sogenannten Balgbord. Insbesondere bei einer dünnen Wandung
des Metallbalges ist es jedoch schwierig, diesen Balgbord rund auszugestalten.
Aus diesem Grunde wird vorzugsweise ein Innenring mit einer zylindrischen
Außenmantelfläche eingesetzt,
dessen Außendurchmesser
nur geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser des Balgbordes. Besitzt der
Balgbord nun Einbuchtungen nach innen oder ist er nicht rund bzw.
konzentrisch zur Längsachse,
dann wird der Balgbord durch das Einsetzen des Innenringes an den
entsprechenden Stellen in die richtige Position gebracht. Mit anderen
Worten, der Außendurchmesser
des Innenringes ist derart gewählt,
dass er innen in den Balgbord einsetzbar ist, jedoch möglichst wenig
davon beabstandet ist. Aus Gründen
der schwingungsmäßigen Entkopplung
ist zudem erforderlich, dass auch der eingesetzte Innenring keinen direkten
Kontakt mit der Kupplungsnabe besitzt. Der Innenring wird dabei
ebenfalls vorzugsweise mit dem Elastomer verklebt oder durch Aufspritzen
damit verbunden.
-
Nach
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
ist in beide Kupplungsnaben jeweils eine hohlzylindrische Buchse
eingesetzt, die sich ausgehend von der Kupplungsnabe in den vom
Metallbalg umgrenzten Raum erstreckt. Im nichtbelasteten Zustand
bzw. im Ruhezustand sind die Stirnseiten dieser Buchsen voneinander
beabstandet; beim axialen Zusammendrücken der Metallbalgkupplung
stoßen die
Buchsen an ihren Stirnseiten zumindest bereichsweise aneinander
und verhindern dadurch einen weiteren axialen Versatz bzw. ein weiteres
Zusammendrücken
des Metallbalges. Zweckmäßigerweise
besitzen dazu die beiden Buchsen den gleichen Innen- und auch den
gleichen Außendurchmesser.
-
Besitzen
die beiden Kupplungsnaben beispielsweise eine konzentrische, durchgehende
Bohrung, dann können
die beiden Buchsen mit ihrem kupplungsnabenseitigen Ende in diese
Bohrung eingesetzt sein. Dazu wird der Radius der Bohrung in dem
Bereich, in dem die Buchse eingesetzt ist, zweckmäßigerweise
um einen Betrag größer gewählt, der
der Dicke der Wandung der Buchse entspricht. Auf diese Weise geht
die Mantelfläche
der Bohrung von dem Bereich, in dem sich die Buchse nicht befindet,
zu dem Bereich, in dem die Buchse eingesetzt ist, ohne Absatz über.
-
Zweckmäßigerweise
setzt man hohlzylindrische Buchsen ein, die aus Metall oder insbesondere aus
Kunststoff gefertigt sind.
-
Um
ein Durchschlagen bei einer Drehmomentüberlastung zu verhindern, sind
die hohlzylindrischen Buchsen vorzugsweise derart ausgestaltet, dass
sie an ihren zueinander zeigenden Stirnseiten ineinander greifen.
Dazu kann man beispielsweise vorsehen, dass sich die beiden Buchsen
an ihren freien Enden überlappen.
Damit dies bei Buchsen mit gleichen Innen- und Außendurchmessern
möglich ist,
wird in der ersten Buchse ein Kreissegment oder auch mehrere Kreissegmente
des zur zweiten Buchse zeigenden Randes weggelassen bzw. ”ausgeschnitten”. In dem
Rand der gegenüberliegenden, zweiten
Buchse muß dann
natürlich
in dem Bereich, in dem die erste Buchse nicht ausgeschnitten ist,
ein entsprechendes Kreissegment oder mehrere entsprechende Kreissegmente
ausgeschnitten werden, damit eine Art Verzahnung gebildet wird und
die eine Buchse beim Durchschlagen die andere Buchse mitnimmt.
-
Die
Kupplungsnaben stellen zweckmäßigerweise
eine Art Ring mit einer zur Längsachse
der Metallbalgkupplung konzentrischen Bohrung dar. In diese Bohrung
wird auf der von der Metallbalgseite abgewandten Seite zweckmäßigerweise
eine Klemmbuchse eingesetzt, die ebenfalls aus Metall oder vorzugsweise
einem Kunststoff, insbesondere einem schwingungsdämpfenden
Elastomer gefertigt sein kann. Auf diese Weise werden die Schwingungen noch
einmal weiter gedämpft.
-
Die
erfindungsgemäße Metallbalgkupplung wird
anhand der bevorzugten Ausführungsform
zeigenden Zeichnungen näher
erläutert.
Von den Figuren zeigen dabei:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Metallbalgkupplung,
wobei die Kupplungsnaben eine Ringnut zur Aufnahme der Balgborde
besitzen; der Ausschnitt Y zeigt dabei den Ringnutbereich in vergrößerter Darstellung,
und
-
2 eine
Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer weiteren Ausführungsform;
der Ausschnitt X zeigt dabei den Bereich der Ringnut in vergrößerter Darstellung
im Schnitt und
-
3 eine
Stirnansicht der in 2 gezeigten Metallbalgkupplung.
-
1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Metallbalgkupplung 1,
die in der Mitte einen in etwa harmonikaartig gefalteten zylindrischen
Mantel aus Metall besitzt, der nachstehend als Metallbalg 2 bezeichnet
ist. An den Enden dieses Metallbalges 2 erstreckt sich
der Mantel zylindrisch bzw. in Axialrichtung und bildet einen Ring,
den sogenannten Balgbord 5 bzw. 6.
-
Die
Balgborde 5, 6 sind in eine Ringnut 7 bzw. 8 eingesetzt.
Die Ringnut 7, 8 ist dabei in der Stirnseite einer
Kupplungsnabe, bei der es sich bei der gezeigten Ausführungsform
um eine Klemmnabe 3 bzw. 4 handelt, ausgenommen.
Die Ringnut 7, 8 befindet sich dabei möglichst
weit radial außen.
Das Profil der Ringnut ist dabei U-förmig, wobei das U liegend angeordnet
ist. Mit anderen Worten, die U-förmige
Ringnut ist zur metallbalgseitigen Stirnseite der Klemmnabe 3 bzw. 4 offen.
-
Die
Klemmnabe 3, 4 besitzt eine durchgehende, zur
Längsachse 9 konzentrische,
durchgehende Bohrung 10, 11. Die Klemmnabe 3, 4 besitzt dabei
einen Schlitz 12, 13, um es zu ermöglichen, den
axial außenliegenden
Ring mit Hilfe einer Spannschraube oder ähnlichem auf eine Welle, die
in die Klemmnabe 3, 4 eingesetzt wird, zusammendrücken zu
können.
Derartige Klemmnaben sind bekannt und üblicher Art.
-
In
den Balgbord 5, 6 ist innen ein Innenring 14, 15,
beispielsweise aus Aluminium, eingesetzt. Dieser Innenring 14, 15 befindet
sich somit ebenfalls in der Ringnut 7, 8.
-
Der
Balgbord 5, 6 mit dem dazugehörigen Innenring 15, 14 ist
dabei derart in die dazugehörige Ringnut 7, 8 eingesetzt,
dass kein direkter Kontakt zwischen einerseits Balgbord/Innenring
und andererseits den Wänden
der Ringnut 7, 8 gegeben ist. Die Kombination
aus Balgbord/Innenring 6/14 bzw. 5/15 ist
dabei von einem Elastomer 16, 17 umgeben bzw. darin
eingebettet. Das Elastomer bildet dabei einen Elastomerring 16, 17 mit
ebenfalls U-Form. Man kann auch sagen, dass die Seitenwände und
der Boden der Ringnut 7, 8 mit dem Elastomer ausgekleidet sind.
-
Der
Elastomerring 16, 17 kann dabei als fertiges Teil
in die Ringnut 7, 8 eingesetzt werden. In diesem
Fall müssen
die Außenmantelflächen des Elastomerringes 16, 17 mit
den gegenüberliegenden Innenmantelflächen bzw.
der Bodenfläche
der Ringnut 7, 8 verklebt werden. Danach werden
dann der Metallbalg 2 mit dem Balgbord 6, 7 und
dem Innenring 14, 15 in den Elastomerring 16, 17 eingesetzt und
mit den Innenwandflächen
des U-förmigen
Elastomerringes 16, 17 verklebt.
-
Vorzugsweise
wird jedoch der Elastomerring 16, 17 durch Spritzformen
gebildet. Dazu wird der Balgbord 6, 7 zusammen
mit dem dazugehörigen
Innenring 14, 15 in die entsprechende Ringnut 7, 8 eingesetzt.
Danach wird dann das Elastomer bzw. der elastomere Kunststoff in
die Ringnut eingespritzt, wodurch eine Verbindung zwischen den Innenmantelflächen der
Ringnut 7, 8 und dem Balgbord 6, 7 bzw. dem
Innenring 14, 15 gebildet wird.
-
In
der 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Metallbalgkupplung dargestellt,
wobei die obere Hälfte
im Längsschnitt und
die untere Hälfte
in Seitenansicht gezeigt ist. Die Kupplungsnabe 3, 4 stellt
eine Art Ring mit einer durchgehenden, zur Längsachse 9 konzentrischen Bohrung 10, 11 dar.
In die Bohrung 10, 11 ist dabei auf der vom Metallbalg 2 abgewandten
Seite eine Klemmbuchse 20, 21 eingesetzt, die
zur Aufnahme einer Welle oder ähnlichem
dient und dazu eine entsprechende Bohrung besitzt. Um zu verhindern,
dass sich die Klemmbuchse 20, 21 bezüglich der
Kupplungsnabe 3, 4 verdreht, kann die Klemmbuchse 20, 21 in
die Klemmnabe 3, 4 eingepresst sein. Auch ist es
möglich,
die Klemmbuchse 20, 21 an ihrer Außenmantelfläche mit
der Mantelfläche
der Bohrungen 10, 11 in der Klemmnabe 3, 4 zu
verkleben. Derartige Verbindungsmöglichkeiten sind dem Fachmann
im übrigen
bekannt.
-
Metallbalgseitig
ist in die Bohrung 10, 11 der Kupplungsnabe 3, 4 eine
hohlzylindrische Buchse 18, 19 eingesetzt. Der
Radius der Bohrung 10, 11 ist dabei in dem Bereich,
in dem die Buchse 18, 19 eingesetzt ist, um die
Dicke der Wandung der Bohrung 18, 19 größer, so
dass die Innenmantelfläche
der Buchse 18, 19 bündig ist mit der Mantelfläche der Bohrung 10, 11 bzw.
der Innenmantelfläche
der Kupplungsnabe 3, 4.
-
Die
Buchse 18, 19 ragt frei in den von dem Metallbalg 2 umgrenzten
Raum hinein. Die Buchse 18 besitzt dabei an ihrem freien
Rand einen Ausschnitt 22, in den die Buchse 19 mit
ihrem freien Rand 25 hineinragt. Damit dies überhaupt
möglich ist,
besitzt die Buchse 19 dem freien Rand 24 der Buchse 18 gegenüberliegend
ebenfalls einen Ausschnitt 23. Auf diese Weise können die
hohlzylindrischen Buchsen 18, 19, die den gleichen
Innen- und Außendurchmesser
besitzen, an ihren freien Enden ineinander ragen bzw. ineinander
greifen, wodurch sich eine Art Verzahnung bildet, die ein Durchschlagen
der Kupplung bei einer Drehmomentüberlastung verhindern. In diesem
Falle kommt der Seitenrand 27 der Buchse 19 in
Anschlag gegen den gegenüberliegenden
Seitenrand 26 der Buchse 18. Der Ausschnitt 22, 23 stellt
dabei einen Kreissegmentausschnitt dar.
-
Bei
einem axialen Zusammenpressen der in der 2 gezeigten
Metallbalgkupplung kommen zudem die Stirnseiten 28, 29 der
Buchsen 18, 19 gegeneinander in Anschlag, zumindest
bereichsweise, wodurch der axiale Weg und somit auch der axiale Versatz
der Metallbalgkupplung begrenzt wird.
-
Der
Metallbalg 2 bei der in der 2 gezeigten
Metallbalgkupplung ist ebenso wie bei der in der 1 gezeigten
mit seinem Balgbord 5,6 in eine Ringnut 7,8 eingesetzt
und mittels des Elastomers 16, 17 damit verbunden.
-
Radial
innenseitig ist der Balgbord 6 an einem O-Ring 30 abgestützt bzw.
liegt darauf auf. Diese O-Ring ist in eine umlaufende, nach radial
außen offene
Ringnut 32 eingesetzt, die sich in der Nähe der Stirnseite
der Kupplungsnabe 4 befindet. Dieser O-Ring 30 ist
aus Gummi oder einem elastischen Kunststoff gefertigt und verhindert
auch, dass das Elastomer 16 beim Einspritzen über diesen
O-Ring hinaus in das Innere des Metallbalges 2 gelangen kann.
Diese geschilderten Einzelheiten sind in dem Ausschnitt bzw. der
Vergrößerung X
in der 2 dargestellt. Die Ausgestaltung bei der gegenüberliegenden
Kupplungsnabe 3 entspricht der in der Vergrößerung X
dargestellten Art und Weise, ist jedoch nicht näher mit Bezugszeichen erläutert.
-
Das
Elastomer 16 füllt
nicht nur die Ringnut 8 aus, sondern setzt sich in Form
eines Mantels 34 nach axial außen auf der Außenmantelfläche der Kupplungsnabe 4 fort
und erstreckt sich bis in die nach radial außen offene, umlaufende Nut 36.
Diese Nut 36 kann dabei bereichsweise so tief ausgeführt sein,
dass sie sich bis in die Bohrung 10 erstreckt und einen
Schlitz 12 darstellt, der bereits im Zusammenhang mit der
Metallbalgkupplung der 1 erläutert wurde.
-
Um
das Elastomer 16 nicht nur in die Ringnut 8 einzuspritzen,
sondern um auch den Mantel 34 auszubilden und das Elastomer
in die Nut 36 einzuspritzen, kann von außen eine
entsprechend gestaltete Form aufgesetzt werden, die mit einem Rand
auf dem Balgbord 6 dem O-Ring 30 gegenüberliegend abgestützt wird.