JP4454858B2 - トーションエレメントを備えた弾性的な軸カップリング - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも１つのトーションエレメントを備えた弾性的な軸カップリングであって、前記トーションエレメントが、伝達エレメントとして少なくとも１つのエラストマ体を有しており、該エラストマ体の駆動側及び出力側に、軸方向の金属の接続フランジが固定的に取り付けられており、特に加硫結合されている形式のものに関する。
【０００２】
トーションエレメントを備えたこのような形式の軸カップリングの場合、トルク伝達は専ら１つ又は複数のエラストマ体、一般にはハイグレードなカップリング用ゴム体を介して行われる。トルクをゴム体に導入するためには、これらのゴム体の軸方向端面にディスク状の金属の接続フランジが解離不能に取り付けられている。目下のところ、最良の結合は加硫結合によって得られる。
【０００３】
動的な負荷に基づき、つまり、例えばはずみ質量の少ない大型ディーゼル機関におけるトルクピークに基づいて生じるような時間的に可変のトルクの伝達時に、伝達エレメントはやはり時間的に可変のねじれを受ける。前記の動的な負荷により、エラストマ体の変形時の内部摩擦に基づき損失熱が生じる。最も高性能のエラストマ材料の負荷能力自体は、温度の上昇と共に低下するので、冷却のための、つまり、ゴム体からの熱導出のための効率的な手段が用いられる。
【０００４】
エラストマ材料の基本的に比較的低い、固有の熱伝導率に基づき特別な注意を要するゴム体のコア領域を冷却するために、環状に一貫して延びる１つのエラストマ伝達エレメントの代わりに、接続フランジセグメントを有する複数のセグメント形のトーションエレメントを使用することは、ずっと前から既に公知である。このような構成は、例えばドイツ連邦共和国特許第３７１０３９０号明細書に基づき明らかである。
【０００５】
前記のドイツ連邦共和国特許第３７１０３９０号明細書に基づきやはり、一体で環状のトーションエレメントにも、セグメント形のトーションエレメントにも軸方向で接続フランジを貫通する破断部を設け且つエラストマ体に軸方向の通気通路を設けることが公知である。
【０００６】
セグメント間若しくは破断部を通って接続フランジに流入する冷却空気は、有利な形式でゴム体の効果的な空冷のために働くので、前記のようなトーションエレメントの出力密度は著しく増大され得る。但し、このことは、必然的にエラストマ−金属結合面の、つまり、接続フランジにおけるゴム体の能動的な加硫面の特に高い負荷をもたらす。特に、ゴム内の亀裂形成若しくはエラストマ−金属結合部の裂断に関して、接続フランジセグメントの半径方向外側の縁部若しくは破断部の内側の縁部、つまり、接続フランジに設けられた通気開口における結合面の縁部が危険にさらされている。
【０００７】
ゴム−金属結合面の縁部における亀裂形成及び剥離を阻止するためには、縁部を丸くして、これらの縁部の端面の周囲に係合するようにゴム体を構成することが、オーストリア国特許第１５４０３４号明細書で既に提案された。この基本アイディアの改良型が、ドイツ連邦共和国特許第３３１０６９５号明細書に記載されている。これは、接続フランジセグメントの半径方向の端縁部に、周囲にゴム体の巻き付けられた、丸められた成形部が設けられているトーションエレメントに関するものである。
【０００８】
上で述べた、従来技術に基づく手段は、ゴム−金属結合面の縁部におけるゴム体の付着が改善されるという利点を有している。別のポジティブな効果は、前記縁部域におけるゴム体の軸方向の幅、延いては能動的な弾性長さが拡大されるという点にある。しかし、要求される出力密度が益々高度になると、上で説明した手段の限界に突き当たる。つまり、最大負荷の下では、縁部のアーチ形の成形部にもかかわらず、ゴム体の導出案内された領域に曲げ負荷が加えられるということが判っている。更に、セグメントの半径方向の端面域若しくは接続フランジ破断部の横断面における能動的な弾性長さは、接続フランジの軸方向の材料厚さだけしか増大され得ない。これにより、今までは越えることのできない限界負荷が規定される。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のトーションエレメントを改良して、より高度な伝達可能な出力密度が可能になるトーションエレメントを提供することである。この場合、最適化は、特に接続フランジセグメントの端面域及び接続フランジの破断部の縁部における特別な負荷を考慮するのが望ましい。
【００１０】
この課題を解決するために本発明では、接続フランジが、少なくともエラストマ体と接続フランジとの間の結合面の半径方向で延びる縁部において、エラストマ体に関して軸方向外側に向かって接続フランジ平面からアーチ状に広げられており、前記結合面が、接続フランジセグメントの外縁部及び／又は接続フランジに設けられた破断部の内縁部において形成されており、前記エラストマ体が、前記の外側に向かって広げられた領域に続くように加硫結合されているようにした。
【００１１】
本発明では、ゴム−金属結合面の自由縁部が半径方向で延び、延いては特別な負荷に晒されている場所で、接続フランジが軸方向外側に向かって曲げ開かれて構成されている。このことは、特に破断部の内側の縁部、つまり接続フランジの通気開口、若しくはセグメント化された接続フランジの場合は、接続フランジセグメントの半径方向の外縁部について云える。本発明により外側に向かって広げられた縁部域に基づき、ゴムと金属との間の加硫面の拡幅が、軸方向で接続フランジの軸方向幅を越えて行われる。
【００１２】
本発明による構成を実地において使用するためには、プレート状の接続フランジを縁部に沿って軸方向外側に向かって曲げ開くか、又は択一的に縁部に沿って軸方向外側に向かって突出している隆起部を一体成形することが同様に可能である。後者の構成は、特に接続フランジ若しくは接続フランジセグメントを鋳鋼から製作することを考慮する点において有利である。
【００１３】
本発明の重要な利点は、付着面、つまり縁部域の加硫面が接続フランジの材料厚さとは無関係に軸方向で拡大されるという点にある。これにより、接続フランジにおけるゴム体の力保持が絶対的に拡大される一方、曲げ負荷が、外側に向かって広げられた、若しくは曲げ開かれた縁部の比較的大きな曲げ半径に基づき従来技術の比較的狭幅の縁部域と比べて著しく減少され、これにより、ゴム体への力導入が最適化される。
【００１４】
本発明の別の有利な作用は、本発明に基づき外側に向かって広げられた接続フランジの縁部域間のゴム体の能動的な弾性長さが、従来技術において原則的に可能であるよりも著しく拡大されるということである。つまり、従来技術では、理論的にはゴム体の適当な拡幅は接続フランジの軸方向の材料厚さだけしか可能でないのに対して、本発明ではこの制限が克服される。つまり、外側に向かって広げられた縁部域の縁部は、これらの縁部の何倍も簡単に外側に向かって曲げ開かれていてよいので、当然、この領域にゴム体の相応の拡幅が生ぜしめられる。このことは、運転中に生じる最大応力値の低下を意味する。上で述べたように、本発明により拡大された付着面との協働において、出力密度の著しい増大が得られる。
【００１５】
本発明による構成には同様に、接続フランジセグメントの半径方向の縁部の構成並びに接続フランジの内側に配置された破断部を用いることができる。このことは破断部においては、これらの破断部がゴム材料で満たされているか、又はゴム体に設けられた通気通路に接続しているかどうかとは無関係である。
【００１６】
本発明の更に別の有利な構成では、トーションエレメントは軸方向で接続フランジとエラストマ体とを貫通する通気開口を有している。接続フランジに設けられた軸方向の破断部に接続する軸方向の通気通路を介して、エラストマ体の内部が効率的に空冷される。通気開口が、外側に向かって広げられた若しくは縁曲げされて開かれた縁部を備えた、本発明により外側に向かって広げられた破断部の内側に配置されていることにより、この場所のゴム−金属結合部の縁部域でも改良された付着が達成される。
【００１７】
本発明の更に別の有利な構成では、エラストマ体が半径方向の通気通路を有している。更に、このことは、前記の半径方向の通気通路を前記の軸方向の通気開口に接続する可能性を開く。これにより、トーションエレメントは半径流圧縮機の形式で構成されている。回転時に生じる遠心力に基づき、周辺空気が軸方向の開口を介して吸い込まれて、半径方向の通気通路を通ってエラストマエレメントの周面を介して外部に送出される。恒常的な空気流により、特に効率的な冷却が得られる。
【００１８】
有利には、半径方向の通気通路は半径方向外側に向かって開いている。つまり、半径方向の通気通路は、半径方向内側に対しては閉鎖されていてよい。これにより、内部にトルク伝達のために能動的なゴム材料が残される。
【００１９】
半径方向の通気開口を有する構成では、接続フランジが、前記の半径方向の通気開口間の周面域に破断部を有していることが特に有利である。これらの破断部は通気通路に移行しているのではなく、ゴム材料で満たされている。軸方向外側に向かって広げられた縁部域を備えた本発明による構成に基づき、前記破断部の領域では、一方では能動的な弾性長さが拡大され且つ他方では半径方向の通気通路間におけるゴム体の付加的な付着及び安定性が供与されている。
【００２０】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図１には、符号１の付された、本発明によるセグメント形のトーションエレメントを軸方向で見た図が示されている。この図面には主として、軸方向で連続する同じ構成の四分円形の２つの接続フランジセグメント２の内の１つを軸方向で見た図が示されている。
【００２２】
完全な軸カップリングの場合、合計４つの図示のトーションエレメント１が、円形に配置された接続フランジセグメント２が１つの全体的に円形の接続フランジを形成するように組み合わされている。従って、接続フランジセグメント２の半径方向の縁部間で、駆動側及び出力側の接続フランジは、それぞれ合計４回破断されている。
【００２３】
接続フランジセグメント２の半径方向の縁部域２ａにおいて、接続フランジ２は本発明に基づき外側に向かって、即ち、この場合は見ている人に向かって広げられている、つまり、半径方向の縁部域２ａに沿って曲げ開かれているか、若しくは縁曲げされて開かれている。
【００２４】
更に、接続フランジセグメント２は、全周にわたって配分された、ほぼＵ字形の輪郭の、軸方向で一貫して延びる５つの破断部３を有している。これらの破断部３は、その縁部３ａに沿って、既に述べた縁部域２ａと同様、やはり見ている人に向かって曲げ開かれているか、若しくは縁曲げされて開かれている。
【００２５】
内側に位置する部分円上には、軸方向で一貫して延びる複数の円形の通気開口４が位置している。これらの通気開口４にもやはり、本発明に基づき外側に広げられた縁部域が設けられていてよいが、このことは図示の構成では行われていない。
【００２６】
伝達エレメントとして働くゴム体には符号５が付されており、このゴム体は、軸方向で連続する接続フランジセグメント２の間で、これらの接続フランジセグメント２に加硫結合されている。前記ゴム体５もやはりセグメント形であり、図面では大部分を接続フランジセグメント２によって被覆されている。縁部域２ａの上に巻き付けられた領域において、並びに破断部３を介してしかゴム体５は見えず、このことは、括弧を付けた符号（５）で示されている。通気開口４は、ゴム体５をやはり軸方向で貫通している。
【００２７】
図２には、図１に示したトーションエレメント１をＣ−Ｄに沿って半径方向で断面した図が示されている。この場合、同一構成部材には同一符号が用いられている。
【００２８】
図２では、破断部３の縁部３ａが外側に向かってどのように広げられているのか、若しくは曲げ開かれているのかが、特にはっきりと判る。破断部３を満たしているゴム体５は、外側に向かって広げられた領域に追従し、そこでもやはり固定的に接続フランジセグメント２に加硫結合されている。
【００２９】
この図面からは同様に、通気開口４がゴム体５に設けられた半径方向の通気通路６に開口しており、これらの通気通路６は、外側に向かって周面に対しては開いており、内側に対しては閉鎖されているということも判る。
【００３０】
図３には、図２と同じ断面図の半区分が示されている。但し、この半区分は破断部３の間の周面域に位置している。この図面でもやはり、付加的にカラー状に外側に向かって広げられた縁部３ａが見える。
【００３１】
図４には、接続フランジセグメント２の半径方向の縁部域２ａを、基準半径Ｒで断面して周方向で見た図が部分的に示されている。この図からは、接続フランジセグメント２の縁部域２ａが、どのようにして接続フランジ平面から軸方向外側に向かって広げられているのか、若しくは曲げ開かれているのかが、特にはっきりと判る。ゴム体５は、前記縁部域２ａの周面に周方向で係合している。この場合、曲げ開かれた縁部域２ａを隆起状の一体成形部と呼んでもよい。
【００３２】
図４からは、各接続フランジセグメント２の内側間に位置する内側領域に比べて、縁部域２ａにおけるゴム体５の有効な弾性長さは著しく拡大されているということが明らかである。
【００３３】
図５には、図１に示したトーションエレメント１を軸方向に対して横方向で断面して、図１と同じ方向で見た図が示されている。この図からは、個々の機能エレメントの配置形式が特によく判る。
【００３４】
図６には、半径方向で通気通路６を外側から見た図が示されている。この図では、半径方向内側に向かって狭まる前記通気通路６の楕円形の横断面をはっきりと認識することができる。
【００３５】
本発明の利点は、ゴム体５が、本発明により外側に向かって曲げ開かれた、若しくは縁曲げされて開かれた縁部２ａ，３ａに基づき、これらの縁部において、従来技術のように前記縁部で突合わせ縁部が平らに切断されているだけの場合よりも大きな能動的な加硫面を有しているという点にある。これらの領域では、ゴム体５の弾性長さ、つまり軸方向の幅も、やはり効果的に拡大される。これにより付加的に、ゴム−金属移行部に作用する相対的な負荷が低下する。
【００３６】
これにより、トーションエレメント１の半径方向端面域においても、破断部３においても、ゴム体５の接続フランジセグメント２との結合部は、特に高度に負荷可能である。これにより、剥離及び亀裂形成の危険は著しく減少される。このことは、伝達可能な出力密度の増大を可能にする。
【００３７】
ゴム体５の効果的な冷却は、回転時に生じる遠心力に基づき、冷気が軸方向の通気開口４を介して吸い込まれ、半径方向の通気通路６を通って外部に半径方向で噴出されることによって行われる。
【００３８】
破断部３の領域で効果的に拡大される弾性長さに基づき、軸カップリングは最適な弾性特性を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるトーションエレメントセグメントを軸方向で見た図である。
【図２】 図１に示したＣ−Ｄ線に沿って半径方向で断面した図である。
【図３】 図１に示したＣ−Ａ線に沿った半径方向断面図の半分を示した図である。
【図４】 図１に示した基準半径Ｒを断面して周方向で見た部分断面図である。
【図５】 トーションエレメントセグメントを軸方向に対して横方向で断面して、図１と同じ方向で見た図である。
【図６】 外側から見た半径方向部分図である。
【符号の説明】
１ トーションエレメント、２ 接続フランジセグメント、２ａ 縁部域、３ 破断部、３ａ 縁部、４ 通気開口、５ ゴム体、６ 通気通路

Claims (9)

1. 少なくとも１つのトーションエレメントを備えた弾性的な軸カップリングであって、前記トーションエレメントが、伝達エレメントとして少なくとも１つのエラストマ体を有しており、該エラストマ体の軸方向端面の駆動側及び出力側に、金属片の接続フランジが固定的に取り付けられており、加硫結合されている形式のものにおいて、
   接続フランジ（２）が、少なくともエラストマ体（５）と接続フランジ（２）との間の結合面の半径方向で延びる縁部（２ａ，３ａ）において、エラストマ体（５）に関して軸方向外側に向かって接続フランジ平面からアーチ状に広げられており、前記結合面が、接続フランジセグメント（２）の外縁部及び／又は接続フランジ（２）に設けられた破断部（３）の内縁部において形成されており、前記エラストマ体（５）が、前記の外側に向かって広げられた領域に続くように加硫結合されていることを特徴とする、トーションエレメントを備えた弾性的な軸カップリング。
2. 破断部（３）の縁部（３ａ）及び／又は接続フランジセグメント（２）の縁部（２ａ）が縁曲げ部を有している、請求項１記載の軸カップリング。
3. 縁部（２ａ，３ａ）に沿って軸方向で接続フランジ（２）の外面を越えて突出している隆起部が一体成形されている、請求項１記載の軸カップリング。
4. トーションエレメント（１）が、軸方向で接続フランジ（２）とエラストマ体（５）とを貫通して延びる通気開口（４）を有している、請求項１記載の軸カップリング。
5. 通気開口（４）が破断部（３）の半径方向内側に配置されている、請求項４記載の軸カップリング。
6. エラストマ体（５）が半径方向の通気通路（６）を有している、請求項１記載の軸カップリング。
7. 半径方向の通気通路（６）が半径方向外側に向かって開いている、請求項６記載の軸カップリング。
8. エラストマ体（５）の半径方向の通気通路（６）と軸方向の通気開口（４）とが互いに接続されている、請求項４又は６記載の軸カップリング。
9. 接続フランジ（２）が、半径方向の通気通路（６）間の周面域に破断部（３）を有している、請求項５記載の軸カップリング。

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