DE2364380B2

DE2364380B2 - Flexible shaft connection socket

Info

Publication number: DE2364380B2
Application number: DE19732364380
Authority: DE
Inventors: Gene H. Denver George; Robert E. Elizabeth Stuemky
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1975-12-11
Also published as: DE2364380A1

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Wellenanschluß-Stück mit einem im wesentlichen schlauchförmigen flexiblen Element, an dessen beide Endbereiche Anschlußkappen angesetzt sind, und das nur in seinem Mittelbereich durch einen starren, im Inneren angeordneten Stützkörper abgestützt ist.The invention relates to a flexible shaft connection piece with a substantially tubular flexible Element, at both end areas of which connection caps are attached, and that only in its central area is supported by a rigid, internally arranged support body.

Derartige Wellenanschlußstücke dienen dazu, Drehmomente zwischen zwei rotier?nden Wellen zu übertragen, die entweder parallel zueinander ausgerichtet oder im Winkel gegeneinander versetzt sind und deren axialer Abstand sich während des Betriebes ändern kann.Such shaft connectors are used to transmit torque between two rotating shafts, which are either aligned parallel to one another or offset at an angle to one another and their axial distance can change during operation.

Bei einem bekannten Wellenanschlußstück (DL-PS 167) ist ein schlauchförmiges flexibles Element vorgesehen, dessen Enden in Endkappen eingespannt sind, die zum Anschluß an Wellenstümpfe dienen. Das flexible Element ist in seinem Mittelbereich durch eine starre Hülse verstärkt. Werden die an den Anschlußkappen befestigten Wellen gegeneinander verdreht, 30 wird das flexible Element tordiert.In a known shaft connector (DL-PS 167) a hose-shaped flexible element is provided, the ends of which are clamped in end caps which are used for connection to stub shafts. The flexible one Element is reinforced in its central area by a rigid sleeve. Will the on the connector caps fixed shafts twisted against each other, 30 the flexible element is twisted.

Ferner ist es bekannt (DT-PS 3 43 097), im Inneren einer schraubenförmigen Torsionsfeder einen Stützkörper unterzubringen, der mit stirnseitigen Ansätzen in die Endkappen hineinragt. Zusätzlich ist das flexible Element von einer starren Hülse umgeben. Der im Inneren angeordnete Stützkörper und die umgebende Hülse dienen als Anschläge zur Begrenzung der bei einer Tordierung erfolgenden Zusammenschnürung oder Aufweitung der Schraubenfeder. Sie verhindernIt is also known (DT-PS 3 43 097) to have a support body inside a helical torsion spring to accommodate, which protrudes with frontal approaches into the end caps. In addition, it is flexible Element surrounded by a rigid sleeve. The support body arranged inside and the surrounding Sleeves serve as stops to limit the constriction that occurs when twisting or expansion of the coil spring. You prevent

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unzulässig große Verformungen des flexiblen Elementes. Inadmissibly large deformations of the flexible element.

Bei einer Überlast-Wellenkupplung (US-PS 37 20 076) zur Übertragung begrenzter Drehmomente ist es bekannt, in einem schlauchförmigen Wellenanschlußstück einen kurbelwellenförmigen Stützkörper unterzubringen, dessen Ende in Anschlußkappen des schlauchförmigen Elementes hineinragen und dort drehbeweglich gelagert sind. Im Mittelbereich des Stützkörpers ist das flexible Wellenanschlußstück exzentrisch zu seinen Einspannsteilen mit einem Kugellager abgestützt.With an overload shaft coupling (US-PS 37 20 076) for the transmission of limited torques it is known to have a crankshaft-shaped support body in a tubular shaft connector accommodate, the end of which protrude into connection caps of the tubular element and there are rotatably mounted. The flexible shaft connection piece is eccentric in the central area of the support body supported on its clamping parts with a ball bearing.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Wellenanschlußstück der eingangs genannten Art die Längsführung des im Inneren des flexiblen Elementes angeordneten Stützkörpers, der die Aufgabe hat, Abknickungen zu vermeiden, zu verbessern, um die Drehmomentenbelastbarkeit zu srhöhen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stützkörper einen axialen Schaft aufweist, dessen Enden einen verringerten Durchmesser aufweisen und bis in die beiden Anschlußkappen hineinragen und dort drehbeweglich in Gelenklagern gelagert sind, daß das flexible Element beidseitig seines Mittelbereiches jeweils in einer Zone, die mindestens etwa so lang ist wie sein Durchmesser, nicht abgestützt ist und daß die Gelenklager etwa in der Mitte der nicht abgestützten Zonen liegen.The object of the invention is to provide the longitudinal guide in a shaft connector of the type mentioned at the beginning of the support body arranged inside the flexible element, which has the task of kinking to avoid, to improve, in order to increase the torque load capacity. To solve this problem the invention provides that the support body has an axial shaft, the ends of which have a reduced Have diameter and protrude into the two connection caps and rotatable there are mounted in spherical bearings that the flexible element on both sides of its central area in each case in a zone which is at least about as long as its diameter, is unsupported and that the pivot bearing is about in lie in the middle of the unsupported zones.

Bei dem erfindungsgemäßen Wellenanschlußstück ist das kinematische Rotationszentrum dadurch, daß das Gelenklager jeweils in der Mitte des nicht abgestützten Bereichs liegt, in das Biegezentrum des nicht abgestützten Bereiches gelegt. Dadurch erreicht man, daß die inneren Materialspannungen, die zwischen dem Schaft und dem flexiblen Element auftreten können, so gering wie möglich gehalten werden.In the shaft connector according to the invention, the kinematic center of rotation is characterized in that the Pivoting bearings each lie in the middle of the unsupported area, in the bending center of the unsupported area Area. This achieves that the internal material stresses between the shaft and the flexible element can occur, can be kept as low as possible.

Durch die Erfindung erzielt man neben dem Vorteil einer hohen Drehmomentenbelastbarkeit einen ruhigen Lauf bei hohen Drehgeschwindigkeiten, weil Fliehkraftdtformierungen des flexiblen Elementes durch dessen Zwangsausrichtung zwischen den beiden Anschlußkappen im wesentlichen vermieden werden. Dies führt zu einer Verbesserung des dynamischen Gleichgewichtes. Diese Vorteile wirken sich insbesondere bei der Verwendung des Wellenanschlußstückes bei Personenwagen aus.The invention achieves, in addition to the advantage of a high torque load capacity, a quiet one Run at high rotational speeds because of centrifugal deformation of the flexible element by its forced alignment between the two connection caps essentially be avoided. This leads to an improvement in the dynamic equilibrium. These advantages are particularly effective when the shaft connector is used in passenger cars the end.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gelenklager jeweils einen hartelastischen Stützring aufweisen, durch den das Ende des Schaftes hindurchgeht und der mit dem Schaft eine im wesentlichen linienförmige Berührungs- und Zentrierfläche aufweist. Derartige Stützringe haben sich infolge ihrer Einfachheit und leichten Montagemöglichkeit gegenüber Kugelgelenken, die prinzipiell auch möglich sind, bewährt.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the joint bearings each have a hard-elastic Have support ring through which the end of the shaft passes and with the shaft an im has substantial linear contact and centering surface. Such support rings have as a result their simplicity and ease of installation compared to ball joints, which in principle are also possible are proven.

Zweckmäßigerweise kann der Stützkörper radial überstehende, in axialem Abstand voneinander angeordnete Scheiben aufweisen, die von innen her an dem flexiblen Element angreifen und dessen Mittelbereich abstützen. Die Abstützung erfolgt hierbei also nicht durchgehend, sondern nur stellenweise in Form ringförmiger Abstützlinien. Um unbeabsichtigte Verschiebungen des Stützkörpers gegenüber dem elastischen Element zu vermeiden, können die Scheiben an ihrem Außenumfang profiliert sein, so daß sie sich mit ihrem Profil in die Innenseite des rohrförmigen flexiblen Elementes eingraben.The support body can expediently project radially and are arranged at an axial distance from one another Have discs that engage the flexible element from the inside and its central area prop up. The support does not take place continuously, but only in places annular support lines. To avoid unintentional displacements of the support body relative to the elastic To avoid element, the discs can be profiled on their outer circumference, so that they are with dig their profile into the inside of the tubular flexible element.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an zwei bevorzugten Ausführungsbei-The invention is described below with reference to the figures in two preferred embodiments

spielen näher erläutert.play explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenanschlußstüekes im Längsschnitt undF i g. 1 shows an embodiment of the shaft connector according to the invention in longitudinal section and

Fig.2 zeigt ebenfalls im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform des Stützkörpers.2 shows a second also in longitudinal section Embodiment of the support body.

Das in F i g. 1 dargestellte Wellenanschlußstück 38 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges flexibles Element 15, das an seinen Enden mit cndkappen 12 und 14 zum Anschluß an Wellenenden od. dgl. versehen ist. Die Anschlußkappen 12, 14 spannen das flexible Element 15 ringförmig ein. Sie können z. B. eine Innenverkeilung zur Aufnahme einer Keilwelle aufweisen.The in Fig. Shaft connector 38 shown in FIG. 1 has a substantially tubular flexible element 15, which od at its ends with end caps 12 and 14 for connection to shaft ends. The like. Is provided. The connection caps 12, 14 clamp the flexible element 15 in an annular manner. You can e.g. B. an internal wedging have for receiving a spline shaft.

Das rohrförmige flexible Element 15 besteht aus mehreren gegensinnig gewickelten Drahtlagen, die in ein Elastomer eingebettet sind, das das Drahtmaterial fest umschließt und sich allseitig fest an dieses anlegt, also auch in dem Bereich zwischen benachbarten Drähten. The tubular flexible element 15 consists of several oppositely wound wire layers, which in an elastomer is embedded that tightly encloses the wire material and is firmly attached to it on all sides, thus also in the area between adjacent wires.

Im Inneren des flexiblen Elementes 15 befindet sich der Stützkörper 40, der beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 aus einem langen axial ausgerichteten Schaft 46 besteht und den Mittelbereich des flexiblen Elementes verstärkt.Inside the flexible element 15 is the support body 40, which in the embodiment according to F i g. 1 consists of a long axially aligned shaft 46 and the central region of the flexible element reinforced.

Der Schaft 46, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als die lichte Weite des flexiblen Elementes 15, weist in regelmäßigen axialen Abständen Scheiben 44 auf, die ihm einstückig angeformt sind. Der Außendurchmesser der Scheiben 44 ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des flexiblen Elementes 15; er kann aber auch geringfügig größer als der Innendurchmesser sein, so daß die Scheiben 44 von innen her in das flexible Element eindringen und sich an diesem festhalten. Eine gute Positionierung ergibt sich, wenn Teile des Stützkörpers und des flexiblen Elementes ineinandergreifen.The shaft 46, the diameter of which is considerably smaller than the inside width of the flexible element 15, has at regular axial intervals on disks 44 which are integrally formed on it. The outside diameter the washers 44 is substantially equal to the inner diameter of the flexible element 15; but he can also be slightly larger than the inner diameter, so that the discs 44 from the inside into the flexible Penetrate the element and hold on to it. Good positioning results when parts of the support body and the flexible element interlock.

Der Stützkörper 40 kann innerhalb des flexiblen Elementes auch auf andere Weise positioniert werden, beispielsweise durch Ankleben oder während der Vulkanisierung des flexiblen Elementes, oder der Stützkörper kann als integraler Bestandteil des flexiblen Elementes hergestellt werden.The support body 40 can also be positioned in other ways within the flexible element, for example by gluing or during the vulcanization of the flexible element or the support body can be manufactured as an integral part of the flexible element.

Wahlweise können auch Riefen 49, wie Vorsprünge, Nuten od. dgl., an dem Außenumfang des Stützkörpers angebracht werden, wie in F i g. 1 dargestellt, um die mechanische Verbindung mit dem flexiblen Element zu verbessern.Optionally, grooves 49, such as projections, grooves or the like, can also be made on the outer circumference of the support body be attached, as shown in FIG. 1 shown to the mechanical connection with the flexible element to enhance.

Die Laufeigenschaften des Wellenanschlußstüekes werden insbesondere bei der Übertragung größerer Drehmomente verbessert, wenn definierte kinematische Rotationszentren vorhanden sind. Dies wirkt sich insbesondere durch verbessertes Anzugs-(Anfahr-)Verhalten und bei Stoßbelastungen aus, weil die Knickfestigkeit, die Sicherheit gegen Ausbrechen und die Gleichgewichtseigenschaften verbessert werden. Außerdem wird die Lebensdauer verlängert, wenn wiederholt Zyklen aus Parallelversatz und Winkelfehlausrichtung vorkommen.The running properties of the shaft connector are greater, especially during transmission Torques improved when there are defined kinematic centers of rotation. This affects in particular through improved pull-in (start-up) behavior and in the event of shock loads, because the buckling resistance, the security against breakout and the equilibrium properties can be improved. Also, if cycles of misalignment and angular misalignment are repeated, service life is increased occurrence.

Innerhalb des flexiblen Elementes 15 befindet sich zwischen der Anschlußkappe 12, 14 und dem Stützkörper 46 ein nicht abgestützter Bereich 28, 38 des flexiblen Elementes. Für die meisten Anwendungsfälle liegt das Rotationszentrum einer jeden Zentriervorrichtung im wesentlichen in der Nähe des Mittelpunktes eines jeden nicht abgestützten Bereiches, da der Mittelpunkt normalerweise dem Biegezentrum des nicht abgestützten Bereiches entspricht. Das Rotationszeptrum für die Zentriervorrichtung kann im Einzelfall so angeordnet werden, daß man jeden gewünschten Biegungseffekt erzielt.Inside the flexible element 15 is located between the connection cap 12, 14 and the support body 46 an unsupported area 28, 38 of the flexible element. For most use cases this is the center of rotation of each centering device is substantially near the center of one any unsupported area as the center point is usually the bending center of the unsupported Area corresponds. The rotation sceptrum for the centering device can be arranged in this way in individual cases that any desired bending effect is achieved.

ίο Grundsätzlich können Zentriervorrichtungen 50 unterschiedlicher Ausbildung eingesetzt werden, einschließlich solcher Kugelgelenke, die eine Axialverschiebung des Schaftes 46 gestatten. In F i g. 1 wurde die dargestellte Ausführungsform gewählt, die einenίο Basically, centering devices 50 can be different Training are used, including those ball joints that allow axial displacement of the shaft 46 allow. In Fig. 1, the illustrated embodiment was chosen, the one

IS einfachen Einbau des Stützkörpers, der Zentriervorrichtung und der Anschlußkappe ermöglicht und außerdem während des Betriebes einen Längenausgleich zuläßt. IS simple installation of the support body, the centering device and the connection cap and also allows length compensation during operation.

Der Schaft 46 ist an seinen Enden durch Stifte 52 geringeren Durchmessers verlängert, die koaxial abstehen und in eine Hülse 54 einer Nabe 56 hineinragen, die koaxial von jeder der Anschlußkappen 12, 14 absteht. Ein hartelastischer Elastomerring 58 ist in jeder Hülse 54 befestigt und stützt den jeweiligen Stift 52 radial ab.The shaft 46 is extended at its ends by pins 52 of smaller diameter, which protrude coaxially and project into a sleeve 54 of a hub 56 which projects coaxially from each of the connection caps 12, 14. A hard-elastic elastomer ring 58 is fastened in each sleeve 54 and supports the respective pin 52 radially.

Der Elastomerring 58 hat im wesentlichen dreieckigen Querschnitt und liegt mit Linienberührung an dem Stift 52, den er umschließt, an. Die den Stift tragende Hülse 54 besitzt eine Durchtrittsöffnung, die nach den beiden Enden hin in axialer Richtung trichterförmig erweitert ist, und in deren Mitte der Elastomerring 58 in eine Ringnut eingelassen ist.The elastomer ring 58 has a substantially triangular cross-section and lies with line contact on the pin 52, which it encloses. The sleeve 54 carrying the pin has a passage opening which, after the two Ends is widened funnel-shaped in the axial direction, and in the middle of the elastomer ring 58 in a Annular groove is embedded.

Der Stift 52 bildet zusammen mit dem Ring 58 und der Hülse 54 das kinematische Rotationszentrum für den zugehörigen nicht abgestützten Bereich des elastisehen Elementes 15. Der Außendurchmesser der Nabe 56, an deren Ende sich die Zentriervorrichtung 50 befindet, verjüngt sich zu diesem Ende hin, so daß die Nabe 56 eine Abstützung des elastischen Elementes nur in dem Bereich vornimmt, über den sich auch der Außenmantel der Anschlußkappe erstreckt. Die axiale Länge des nicht abgestützen Bereiches ist etwa ebenso groß wie der Außendurchmesser des elastischen Elementes 15, kann aber auch wesentlich größer sein. Tritt durch Stauchung oder Dehnung eine Längenänderung des flexiblen Elementes 15 ein, so gleiten die Stifte 52 in Längsrichtung in den Ringen 58, während das kinematische Rotationszentrum, das etwa in der Mitte des nicht abgestützten Bereiches liegt, beibehalten wird. Dabei muß man berücksichtigen, daß die Anschlußkappen im allgemeinen so an den angreifenden Wellen oder Wellenstümpfen befestigt werden, daß sie deren Winkelausrichtung annehmen.The pin 52, together with the ring 58 and the sleeve 54, forms the kinematic center of rotation for the associated unsupported area of the elastic element 15. The outer diameter of the hub 56, at the end of which the centering device 50 is located, tapers towards this end, so that the Hub 56 supports the elastic element only in the area over which the Outer jacket of the connection cap extends. The axial length of the unsupported area is roughly the same large as the outer diameter of the elastic element 15, but can also be significantly larger. Kick a change in length of the flexible element 15 due to compression or expansion, the pins 52 slide in Longitudinal direction in the rings 58, while the kinematic center of rotation, which is approximately in the middle of the not supported area is retained. It must be taken into account that the connection caps in generally be attached to the attacking shafts or stub shafts that they their angular orientation accept.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Stützkörper 40' erstreckt sich der Schaft 62 durch einen vollen Zylinder 48 mit abgeschrägten Kanten hindurch und bildet an den Enden die Stifte 62. Dieser Stützkörper 40' kann den in F i g. 1 dargestellten Stützkörper 40 voll ersetzen. In the case of the FIG. 2, the shaft 62 extends through a full cylinder 48 with beveled edges and forms the pins 62 at the ends. This support body 40 'can the in F i g. 1 fully replace the support body 40 shown.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims: 23

1. Flexible shaft connector with an im essential tubular flexible element, at both end regions of which connection caps are attached are, and only in its central area by a rigid, arranged inside Supporting body is supported, characterized in that that the support body (40) has an axial shaft (46, 48), the ends (52, 62) of which one have a reduced diameter and protrude into the connection caps (12, 14) and are rotatable there are mounted in pivot bearings (58) that the flexible element (15) on both sides of its central area each in a zone that is at least about as long as its diameter, unsupported is and that the spherical bearings are approximately in the middle of the unsupported zones.

2. Flexible shaft connector according to claim 1, characterized in that the joint bearings each have a hard-elastic support ring (58) through which the end (52) of the shaft (46) passes and which has a substantially linear contact and centering surface with the shaft.

3. Flexible shaft connector according to claim 1, characterized in that the support body (40) having radially protruding, axially spaced discs (44) which from the inside attack the flexible element (15) and support its central area.

4. Flexible shaft connector according to claim 3, characterized in that the discs (44) on their outer circumference are profiled.