BRPI0511271B1 - “luva de acoplamento flexível, dispositivo de acoplamento e conjunto acoplado” - Google Patents

Abstract

luva de acoplamento flexível e um acoplamento de eixo flexível incorporando a mesma. uma luva de acoplamento de eixo flexível compreendendo um corpo moldado em luva tendo uma porção anular central e uma porção de recebimento de acoplamento em cada uma das duas extremidades de luva opostas, e um dispositivo de acoplamento incorporando tal luva. as porções de recebimento de acoplamento de luva incluem dentes axialmente estendidos em suas superfícies internas. a luva de acoplamento de eixo flexível é formada de uma composição de elastômero de poliuretano.

Description

"LUVA DE ACOPLAMENTO FLEXÍVEL, DISPOSITIVO DE ACOPLAMENTO E CONJUNTO ACOPLADO" Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma luva de acoplamento flexível para um acoplamento de eixo flexível do tipo luva, e a um dispositivo de acoplamento de eixo flexível incorporando essa luva.

Descrição da arte relacionada Luvas de acoplamento flexível para uso como parte de um acoplamento de eixo flexível do tipo luva compreendem genericamente uma porção anular ou genericamente cilíndrica, central, e uma porção para recebimento de acoplamento em qualquer extremidade da porção cilíndrica. Cada uma das porções de recebimento de acoplamento inclui uma pluralidade de nervuras ou dentes estendidos axialmente ao longo pelo menos de uma porção da periferia interna da luva para engatar com entalhes em cubos ou peças das extremidades opostamente dispostas a fim de formar um acoplamento flexível. Tais acoplamentos são utilizados para conectar dois eixos giratórios que são acoplados nas peças das extremidades. Acoplamentos de eixo flexíveis do tipo luva são úteis para acomodar desa-linhamento dos dois eixos a serem acoplados juntos, e para fornecer uma conexão de acionamento com baixo ruído entre os eixos em virtude de sua porção cilíndrica flexível e da elasticidade de seus dentes. Um conjunto acoplado como uma transmissão compreende um eixo de acionamento semelhante à ranhura, um eixo acionado similar, e um acoplamento operati- vamente conectando os eixos genericamente ao longo dos eixos geométricos dos mesmos e em relação de acionamento de modo a transmitir força entre os mesmos. Várias ilustrações de acoplamentos flexíveis do tipo luva e luvas de acoplamento para utilização nos mesmos são expostas, por exemplo, na patente britânica no. 879.493, na patente US no. 2.918.809 para Mil-ler, e na ÜS 6.283.868 para Clarke e outros.

Em acoplamentos de eixo flexíveis do tipo luva onde a rotação de um eixo acionador em relação a um eixo acionado é causada pela transmissão de torque através do comprimento do corpo no formato de luva, que resulta na torção da porção cilíndrica central do acoplamento, é necessário opor-se a força radial à qual a luva de acoplamento é exposta em uso para evitar que a mesma expanda e se torne inoperante, particularmente em aplicações de velocidade elevada e/ou variável nas quais a falha prematura de acoplamento é comum. Os métodos que foram empregados para essa finalidade incluem reforço da porção cilíndrica central dessas luvas de acoplamento formadas de uma borracha sintética vulcanizada com um cordão de tração altamente elástico; ou formação dos dentes da luva de modo que eles travem mecanicamente com os entalhes correspondentes nos cubos ou peças das extremidades e sejam desse modo impedidos de expandir para longe dos entalhes. É adicionalmente necessário formar o dispositivo de acoplamento de modo que possua resistência à tensão de cisa-lhamento circunferencial suficiente para sua aplicação pretendida a fim de evitar que o ponto mais fraco do acoplamento, isto é, seus dentes, falhem prematuramente. Os métodos que foram empregados para essa finalidade incluem cobrir as porções de dente de borracha sintética vulcanizada da luva de acoplamento para incluir um revestimento têxtil resistente a desgaste de engate de peça da extremidade de, externa a fim de aperfeiçoar a elasticidade geral dos dentes da luva.

Correias de transmissão de força formadas de uma composição de uréia/poliuretano apresentando estabilidade térmica aperfeiçoada são conhecidas da publicação de pedido de patente internacional no. WO96/02584 de Wu e outros. Os ensinamentos de WO96/02584 com relação àquelas aplicações nas quais as composições de uréia/poliuretano encontram uso são limitadas a correias de transmissão de força, por exemplo, correias timing, correias com múltiplas nervuras-v e correias V, que são artigos compósitos compreendendo tanto um elemento de reforço têxtil, por exemplo, um cordão de tração, como a porção flexível de uréia/poliuretano. Além disso, tais aplicações de correia exigem um elemento flexível que apresenta um certo conjunto de propriedades de desempenho, por exemplo, elevada resistência à fadiga por fle-xão e elevada capacidade de transmissão de força sob condições de tensão elevada. 0 uso para o qual um acoplamento do tipo luva flexível é colocado exige inversamente um conjunto genericamente diferente de propriedades de desempenho, por exemplo, capacidade de transmissão de torque sob condições de tensão elevada e/ou variável, caracterizado por amplitudes e freqüências elevadas e/ou variáveis.

Além disso, inovações em tecnologia automotiva que surgiram nos últimos anos, incluindo, por exemplo, em apli- cações de acionamento de acessório, em parte como conseqüên-cia da proeminência de compartimentos de motor cada vez menores, fornece oportunidade crescente para a utilização de acoplamentos em configurações de acionamento direto. Porém essas aplicações são caracterizadas por velocidades extremamente elevadas, por exemplo, 18.000-20.000 rpms por ainda mais elevadas, mudanças de velocidade freqüentes, acelerações elevadas e amplas exigências de temperatura operacional, por exemplo, -40 a 140°C. Nesses extremos de temperatura, aceleração e velocidade, é necessário um acoplamento flexível altamente durável, confiável e estável em temperatura .

Tal luva de acoplamento durável, confiável e opcionalmente estável em temperatura e acoplamento do tipo luva flexível incorporando essa luva que seriam adicionalmente de produção econômica, são altamente desejáveis.

Sumário da Invenção A presente invenção fornece uma luva de acoplamento para uso em um dispositivo de acoplamento de eixo flexível do tipo luva, compreendendo uma porção de corpo genericamente cilíndrica tendo uma periferia interna e uma periferia externa; e um comprimento se estendendo de uma primeira para uma segunda de duas porções das extremidades opostas da luva definindo respectivas porções de recebimento de acoplamento; as porções de recebimento de acoplamento compreendendo individualmente uma pluralidade de dentes axialmente estendidos e circunferencialmente espaçados dispostos ao longo de pelo menos uma porção da referida periferia interna, onde pelo menos uma da porção de corpo cilíndrico e porções de recebimento de acoplamento compreende uma composição de e-lastômero de poliuretano ou poliuretano/uréia.

Em uma modalidade adicional, um conjunto de acoplamento flexível do tipo luva é fornecido, compreendendo uma luva de acoplamento como descrito acima, e adicionalmente compreendendo pelo menos uma peça da extremidade tendo entalhes complementares aos dentes da porção de recebimento de acoplamento de luva de acoplamento flexível para engate com a mesma, cada tal peça da extremidade sendo para engate em uma porção de recebimento de acoplamento para engate adicional com um dentre um eixo acionador e um eixo acionado.

Breve descrição dos desenhos Os desenhos em anexo, os quais são incorporados em e fazem parte do relatório descritivo, ilustram várias modalidades da invenção, e juntamente com uma descrição, servem para explicar princípios da invenção. Nos vários desenhos, numerais similares designam partes similares, e: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de acoplamento de eixo flexível incluindo uma luva de acoplamento, ambos de acordo com modalidades da presente invenção; A Figura 2 é uma vista em perspectiva detalhada do dispositivo de acoplamento de eixo flexível mostrado na figura 1 ; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de modalidades adicionais da presente invenção na forma de um dispositivo de acoplamento flexível; A Figura 4 é uma vista em perspectiva detalhada das modalidades da presente invenção mostradas na figura 3; A Figura 5 é uma vista em seção transversal fragmentária da porção de dente da luva de acoplamento flexível mostrada nas figuras 1 e 2 tomada na linha A-A da mesma; e A Figura 6 é uma vista em seção transversal fragmentária da porção de dente da luva de acoplamento flexível mostrada nas figuras 3 e 4 tomada na linha B-B da mesma.

Descrição detalhada Um dispositivo de acoplamento de eixo flexível 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção é mostrado nas figuras 1 e 2, onde o dispositivo de acoplamento 10 compreende peças das extremidades opostamente dispostas 12, 14 às quais eixos opostamente dispostos 16, 18 ou um ou mais dispositivos alternativos podem ser engatados por qualquer meio apropriado. 0 dispositivo de acoplamento 10 compreende ainda uma luva de acoplamento flexível 24, tendo uma porção genericamente cilíndrica central 44 e uma porção de recebimento de acoplamento 20, 22 em cada extremidade 36, 38 da mesma. As peças das extremidades 12, 14 podem ser acopladas às porções de recebimento de acoplamento 20, 22 da luva 24 por qualquer meio apropriado. As porções de recebimento de acoplamento 20, 22 incluem dentes ou nervuras estendidas a-xialmente e circunferencialmente espaçadas 26 ao longo de pelo menos uma porção da periferia interna 28 da luva de a-coplamento 24, cujos dentes 26 são formados e adaptados para engate com entalhes complementares 30, 30' na superfície externa 32, 32' das peças das extremidades 12, 14.

Como ilustrado adicionalmente na modalidade da presente invenção mostrada nas figuras 3, 4 e 6 a luva 24 pode incluir ainda como elemento opcional um revestimento de tecido genericamente resistente a desgaste 25 ao longo de sua periferia interna 28, que pode ser ligada à pelo menos uma porção dos dentes 26, como descrito na patente US acima mencionada no. 6.283.868, cujo conteúdo com relação aos tipos e/ou formas da mesma é aqui incorporado a titulo de referência, e como bem sabido na arte; e que pode ser formada de qualquer material têxtil apropriado incluindo náilon (incluindo náilon 6,6 e náilon 6,12), aramida, poliéster ou uma combinação de quaisquer dois ou mais dos acima. 0 revestimento de tecido opcional pode ser de qualquer tecedura ou malha apropriada incluindo teceduras simples, sarja ou cetim em formas estirada não estirada. 0 tecido pode ser caracterizado por exemplo por um peso de tecido aproximadamente entre 25 e aproximadamente 500 g/m2, ou entre aproximadamente 50 e aproximadamente 300 g/m2, e pode ser opcionalmente tratado com um cimento à base de borracha apropriado ou outro tratamento adesivo apropriado compatível com o composto de luva de acoplamento de base.

Como adicionalmente ilustrado na modalidade da presente invenção mostrada nas figuras 3, 4 e 6, a luva de acoplamento 24 pode incluir ainda como elemento opcional um elemento de tração de reforço 62 helicoidalmente enrolado, ou de outro modo aplicado, na periferia interna 28 ou dentro do corpo da luva 24, como descrito na patente US no. 6.283.868 acima mencionada, cujo conteúdo com relação aos tipos e/ou formas da mesma é pela presente incorporado a titulo de referência. 0 elemento de tração opcional 62 pode ser formado de qualquer material apropriado, incluindo vidro, aramida, carbono e náilon. Tal elemento de tração quando utilizado pode ser formado de qualquer material apropriado como fibras de aramida, incluindo meta- ou para-aramidas, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras de celulose (por exemplo, raiom), fibras de carbono, fibras acrílicas, fibras de poliuretano, fibras de algodão, fibras de metal (por exemplo, aço) e fibras de vidro, bem como misturas dos acima, e são preferivelmente formadas de fibra de vidro. 0 elemento de tração pode ser adicionalmente de qualquer forma convencional ou apropriada, incluindo aquela de cords resistindo à tensão. As fibras podem ser preparadas em um modo para fornecer uma construção de aproximadamente 0,8 a 39 pernas/cm, mais preferivelmente de aproximadamente 2 a 32 pernas/cm, e ainda mais preferivelmente de aproximadamente 3 a 22 pernas/cm.

Como adicionalmente ilustrado na modalidade da presente invenção mostrada nas figuras 3, 4 e 6, a composição da qual a luva de acoplamento é formada, como descrito em detalhes adicionais abaixo, pode adicionalmente como uma característica opcional incluir fibras 60, como descrito na patente US no. 6.283.868 acima mencionada, cujo conteúdo com relação aos tipos e/ou formas da mesma é pela presente incorporado a titulo de referência. Fibras típicas que podem ser utilizadas para essa finalidade incluem fibras de aramida, como meta- ou para-aramidas, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras de celulose, (por exemplo, raiom), fibras de carbono, fibras acrílicas, fibras de poliuretano, fibras de algodão e fibras de vidro, bem como misturas dos acima. As fibras quando utilizadas podem ser de qualquer comprimento, por exemplo, na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10 mm, e podem ser opcionalmente polpadas para aumentar sua área superficial. Comprimentos alternativos de fibra podem estar na faixa de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 7,5 mm, ou de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3 mm. As fibras opcionais podem ser adicionalmente tratadas de outro modo como sabido na técnica para melhorar a sua adesão a uretano. As fibras também podem ser mecanicamente fibriladas e/ou podem ser combinadas com materiais de látex de formaldeído resorcinol apropriados e/ou outros sistemas de adesão apropriados que são compatíveis com o composto utilizado para formar a luva de acoplamento flexível. A carga de fibra quando empregada pode ser de qualquer nível apropriado para a aplicação e o tipo específico de material de carga utilizado, como na faixa de aproximadamente 0 a a-proximadamente 50 partes em peso por 100 partes de elastôme-ro ("phr"), ou de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 p-hr, ou na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 phr.

Como ilustrado na figura 5, o perfil de dente ou nervura trapezoidal tradicional mostrado na modalidade da presente invenção ilustrado nas figuras 1 e 2 é caracterizado por nervuras ou dentes 26 tendo lados retos porém inclinados 31 e um ângulo incluso de aproximadamente quarenta graus. Dispositivos de acoplamento de acordo com a presente invenção podem possuir entretanto qualquer perfil de dente convencional e/ou apropriado como trapezoidal como mostrado nas figuras 1 e 2 ou curvilíneo, etc.

Com referência às figuras 3, 4 e 6, é mostrada uma vista em perspectiva de modalidades adicionais da presente invenção na forma de um dispositivo de acoplamento de eixo flexível 10 incluindo uma luva de acoplamento 24. O dispositivo 10 compreende uma luva de acoplamento flexível 24 compreendendo uma porção genericamente cilíndrica central substancialmente flexível 44, bem como duas peças das extremidades opostamente dispostas 12, 14 às quais eixos opostamente dispostos ou dispositivos alternativos (não mostrados porém convencionais) podem ser engatados por qualquer meio apropriado. Como com a modalidade mostrada na figura 1, a luva 24 tem um comprimento se estendendo de uma primeira extremidade de luva 36 até uma segunda extremidade de luva 38, cada extremidade de luva 36, 38 definindo uma respectiva porção de recebimento de acoplamento 20, 22 para engate com as peças das extremidades 12, 14. A luva 24 tem tanto uma periferia interna 28 como uma periferia externa 54. As porções de recebimento de acoplamento 20, 22 compreendem uma pluralidade de dentes ou nervuras axialmente estendidas 26 dispostas ao longo pelo menos de uma porção da periferia interna 28 da luva 24.

Nessa modalidade ilustrada cada dente 2 6 tem uma largura circunferencial 65 cobrindo uma porção ou arco da periferia interna 28. As peças das extremidades 12, 14 possuem entalhes axialmente estendidos 30, 30' ao longo de suas periferias internas como mostrado, cujos entalhes são formados para substancialmente engatar com os dentes 26 das porções de recebimento de acoplamento 20, 22. Nessa modalidade ilustrada, cada um dos dentes 26 estende-se ao longo pelo menos de uma porção da periferia interna de corpo de luva, 28, porém não necessita de se estender necessariamente através de todo comprimento da superfície interna da mesma, e apresenta uma área definida genericamente por sua largura circunferencial e seu comprimento axial ativo. A soma das áreas de dente, ou área cumulativa de cisalhamento de dente, possui uma capacidade cumulativa de cisalhamento de dente. A porção cilíndrica central 44 também possui uma capacidade de cisalhamento que é de natureza torcional. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a capacidade cumulativa de cisalhamento de dente pode exceder a capacidade de cisalhamento torcional de porção anular, resultando em modos de falha de acoplamento mais favoráveis. Essa característica é descrita em detalhe na patente US no. 6.283.868, cujo conteúdo com relação a essa característica dessa modalidade da presente invenção é aqui incorporada a título de referência. A luva 24 pode adicionalmente incluir opcionalmente qualquer um ou mais de uma cobertura de tecido resistente a desgaste 25, carga de fibra 60 e um cordão de reforço ou outro elemento de tração 62 como exposto acima. Na modalidade ilustrada entretanto e como adicionalmente descrito abaixo em relação a materiais específicos úteis na construção da luva 24 para aplicações específicas de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção, a luva 24 podem não ter todos de tais cobertura de tecido resistente a desgaste, carga de fibra e um cordão de reforço. A modalidade da presente invenção mostrada na figura 4 inclui dentes 26 tendo um contorno ou perfil curvilí-neo 57 mostrado genericamente na figura 6. Como exposto na patente ÜS no. 6.283.868 acima mencionada, uma vantagem é realizada quando uma configuração do perfil de dente é selecionado de tal modo que o contorno da seção de dente seja definido por uma série de arcos conectados 59 e tangentes 61, pelo que resulta em capacidade aumentada de transmissão de torque. Em uma modalidade da presente invenção ilustrada nas figuras 3, 4 e 6, a relação da soma das larguras de entalhe 63 para a soma das larguras de dente 65 é menor do que aproximadamente 0,65:1, ou está compreendida na faixa de a-proximadamente 0,50:1 a aproximadamente 0,10:1, ou está compreendida na faixa de aproximadamente 0,45:1 a aproximadamente 0,15:1. Essa relação será doravante mencionada como a "relação de entalhe/dente". Como mostrado na figura 6, a largura dos entalhes de luva de acoplamento 63 que alternam com os dentes 26 dessas luvas, é medida de um ponto onde o raio de entalhe se torna tangente 61 ao raio de dente.

De acordo com um aspecto da presente invenção, a luva de acoplamento flexível da presente invenção, incluindo pelo menos a porção anular da mesma, é formada de uma composição de elastômero de poliuretano ou poliuretano/uréia a-presentando durabilidade suficiente para servir como um elemento resistente a esforço, radial, primário da luva em operação do acoplamento. Em uma ou mais modalidades da presente invenção, a porção cilíndrica central e as porções dentadas da luva são integralmente formadas da mesma composição de elastômero de poliuretano ou poliuretano/uréia. De acordo com uma modalidade adicional da presente invenção a composição de elastômero da luva incluindo tanto a porção cilíndrica como a porção dentada da mesma apresenta durabilidade suficiente para servir como um elemento de resistência a esforço radial primário ou até mesmo único, da luva, bem como um elemento de resistência a esforço de cisalhamento circun- Sl ferencial primário ou até mesmo único, da luva. Desse modo, de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção, qualquer uma ou todas as estruturas de reforço adicionais, por exemplo, qualquer um dentre o cordão de tração 62, carga de fibra 60 e elemento de cobertura de tecido 25, pode ser opcionalmente eliminado da construção de luva em aplicações até altamente rigorosas, que fornece benefícios vantajosos de custo para os acoplamentos flexíveis e luvas de acoplamento da presente invenção.

Uma pessoa com conhecimentos comuns na arte relevante reconhecería facilmente que qualquer aplicação de acoplamento de eixo dada pode exigir um dispositivo de acoplamento tendo um conjunto diferente de propriedades de desempenho, incluindo capacidade de transmissão de torque, características de amortecimento de vibração e/ou ruído e resistência à elevada e/ou baixa temperatura, tudo durante um tempo de vida em serviço previsível. Como as dimensões das aplicações para as quais esses acoplamentos são exigidos diminuíram em desenhos atuais, a demanda para acoplamentos tendo capacidade de transmissão de torque cada vez mais crescente aumentou acentuadamente. Além disso, em aplicações automotivas existe a oportunidade de uso de acoplamentos do tipo luva em configurações de acionamento direto, porém os extremos de temperatura aos quais tais acoplamentos seriam postos em operação, e a exigência dos acoplamentos apresentarem características de amortecimento vantajosas além de elevada capacidade de transmissão de torque nesses extremos de temperatura, impediram genericamente o uso comercial difundido de acoplamentos nesses sistemas.

Uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica relevante reconhecería facilmente que constituintes de composição de elastômero de poliuretano e poliuretano/uréia e/ou suas quantidades relativas podem ser variavelmente selecionados para fornecer uma composição de elastômero tendo uma combinação de propriedades incluindo módulo ou rigidez, resistência à elevada e/ou baixa temperatura e flexibilidade, tudo através de uma ampla faixa. Acredita-se atualmente que uma luva de acoplamento construída de uma composição de e-lastômero de poliuretano ou poliuretano/uréia ou elastômero termoplástico (aqui coletivamente, "elastômero"), de acordo com uma modalidade da presente invenção, fornece múltiplas vantagens em relação a luvas de acoplamento convencionais, como adicionalmente descrito abaixo.

Qualquer composição de elastômero de poliuretano ou poliuretano/uréia convencional ou apropriada apresentando propriedades de desempenho suficientes, por exemplo, capacidade de transmissão de torque e resistência à elevada e bai- xa temperatura, como exigido de uma aplicação de acoplamento flexível do tipo luva dada, é considerada compreendida no âmbito da presente invenção. Composições de elastômero de poliuretano que podem ser úteis na prática de várias modalidades da presente invenção incluem, por exemplo, poliéter- e poliéster uretanos e -uretano/uréias (doravante coletivamente, "poliuretanos"). Elastômeros de poliuretano que podem ser úteis na prática das modalidades da presente invenção incluem os produtos de reação de prepolímeros de poliisocia-nato com extensores de cadeia de poliol ou diamina ou combinações de ambos, formados através de qualquer processo de moldagem convencional e/ou apropriado, e incluem porém não são limitados a elastômeros de poliuretano e/ou poliureta-no/uréia descritos na patente US no. 5.231.159 de Patterson e outros, e Publicação de Pedido de Patente Internacional no. WO 96/02584 de Wu e outros, cujos conteúdos com relação à mesma são pela presente incorporados a título de referência. Elastômeros de poliuretano/uréia de acordo com uma modalidade da presente invenção podem vantajosamente apresentar estabilidade térmica até na faixa de aproximadamente 140 a 150°C e flexibilidade em baixa temperatura na faixa de a-proximadamente -35 a -40°C ou ainda mais baixa, por exemplo, a -50 ou -60°C.

Os vários reagentes úteis na preparação de elastômeros de poliuretano/uréia são conhecidos na arte. Poliiso-cianatos orgânicos apropriados para os pré-polímeros de po-liisocianato úteis na prática de uma ou mais modalidades da presente invenção podem possuir as seguintes característi- cas: estrutura simétrica e compacta para compostos aromáticos, ou estrutura geométrica trans ou trans,trans para compostos alifáticos, para separação de fase aperfeiçoada dos elastômeros resultantes; e alta reatividade com grupos de amina para reduzir ou eliminar a necessidade de catalisadores nas formulações, que de outro modo genericamente aceleram a reversão dos elastômeros resultantes em temperaturas elevadas. Os poliisocianatos úteis como componentes de partida para a preparação dos pré-polimeros de poliisocianato incluem porém não são limitados a diisocianato de 4,4'-difenil metano (MDI), e diisocianatos aromáticos compactos e simétricos incluindo porém não limitados a para-diisocianato de fenileno (PPDI), 1,5-diisocianato de naftaleno (NDI), e 2,4- e 2,6-diisocianato de tolueno (2,4-TDI e 2,6-TDI, respectivamente) . Poliisocianatos úteis como componentes de partida para a preparação dos pré-polimeros de poliisocianato também incluem diisocianatos alifáticos com configuração geométrica trans ou trans,trans. Esses isômeros são genericamente puros, isto é, eles existem na ausência substancial de isômeros configurados-cis, e desse modo promovem boa separação de fase após cura. Esses incluem porém não são limitados a trans-1,4-diisocianato de cicloexano (t-CHDI), e trans,trans-4,4'-dicicloexil -metil diisocianato (t,t-HMDI).

Polióis que podem ser úteis na preparação de pré-polimeros de poliisocianato utilizados em várias modalidades da presente invenção são também genericamente conhecidos na arte. Polióis apropriados podem ser opcionalmente não oxida-tivos até 150°C, e incluem porém não são limitados a polióis de poliéster e polióis de policarbonato. Polióis de poliéter não são genericamente favorecidos para uso em modalidades da presente invenção dirigidas a aplicações que envolvem temperatura elevada uma vez que são suscetíveis à oxidação a 150°C. Polióis de politioéter similarmente não são preferidos para tais aplicações uma vez que originam elastômeros suscetíveis a acoplamento macrorradical, e são portanto frágeis a 150°C.

Polióis de poliéster úteis na preparação dos pré-polímeros de poliisocianato úteis em várias modalidades da presente invenção incluem porém não são limitados a produtos de reação de álcoois poliídricos, incluindo álcoois diídri-cos, opcionalmente com a adição de álcoois triídricos, e á-cidos carboxílicos polibásicos, por exemplo, dibásicos. Os anidridos de ácido policarboxílico correspondentes ou éste-res de ácido policarboxílico correspondentes de álcoois inferiores ou misturas dos mesmos podem ser utilizados, e/ou seus complementos de ácido policarboxílico livres, para preparar os poliésteres. Os ácidos policarboxílicos podem ser de natureza alifática, cicloalifática e/ou aromática. A seguir são mencionados como exemplos não limitadores: ácido succínico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebásico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tri-melítico, anidrido de ácido ftálico, anidrido de ácido te-traidroftálico, anidrido de ácido hexaidroftálico, anidrido de ácido tetracloroftálico, anidrido de ácido tetraidroftá-lico endometileno, anidrido de ácido tetraidroftálico endo-metileno, anidrido de ácido glutárico, ácido fumárico, áci- dos graxos dimérico e trimérico, opcionalmente misturados com ácidos graxos monoméricos, dimetil tereftalato e ésteres de ácido tereftálico-bis-glicol. Álcoois poliidricos apropriados utilizados para produzir tais poliésteres incluem porém não são limitados aos seguintes: etileno glicol, 1,2-e 1,3-propileno glicol, 1,4- e 2,3-butileno glicol, 1,6-hexanodiol, 1,8-octanodiol, 1,10-decanodiol, neopentil glicol, 1,4-cicloexano dimetanol ou 1,4-bis-hidróxi metil ci-cloexano, 2-metil-l,3-propanodiol, glicerol, trimetilopropa-no, 1,2,6-hexanotriol, 1,2,4-butanotriol, trimetiloletano, e misturas dos mesmos. Poliésteres de lactonas, como ε-caprolactona, e ácidos hidróxi carboxilicos, como ácido ω-hidróxi capróico, também podem ser utilizados.

Polióis de policarbonato apropriados são conhecidos e podem ser preparados, por exemplo, pela reação de di-óis, como 1,3-propanol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,10-decanodiol, neopentil glicol, dietileno glicol, trieti-leno glicol ou tetraetileno glicol, e misturas dos mesmos, com carbonatos de diarila, por exemplo, carbonato de difeni-la, carbonato de dialquila, por exemplo, carbonato de dieti-la ou fosgene.

Polióis de policarbonato e polióis de poliéster com pesos moleculares na faixa de aproximadamente 500 a a-proximadamente 5000, ou na faixa de aproximadamente 1500 a aproximadamente 2000, ou misturas desses polióis, podem ser vantajosamente empregados. Esses podem incluir poli (carbonato de hexametileno) diol, policaprolactona diol, e poli(adipato de hexametileno) diol, e seus complementos de triol. Os polióis podem ser opcionalmente secos até um nivel de umidade menor do que aproximadamente 0,033% ou a um nivel de aproximadamente 0,015% antes da reação com os diisociana-tos para formar os prepolimeros de poliisocianato úteis nas modalidades da presente invenção.

Muitos prepolimeros de poliisocianato são também comercialmente disponíveis e podem ser vantajosamente empregados na prática de uma ou mais modalidades da presente invenção; e incluem aqueles genericamente mencionados como prepolimeros "livres baixos" como descrito, por exemplo na patente US no. 6.174.984 de Peter, patente US no. 5.703.193 de Rosenberg, pedido de patente US no. US2003/0065124 de Ro-senberg e patente US no. 6.046.297 de Rosenberg e outros, nas quais o nível de diisocianato livre no prepolímero é reduzido a um nível, por exemplo, menor do que 1% do prepolímero, ou menos do que 0,5% ou menor do que 0,25%, por exemplo, aproximadamente 0,1% ou mais baixo. Como observado na WO96/02584 mencionada acima de Wu e outros, um aumento na estabilidade térmica de elastômeros de poliuretano é obtido ao utilizar, por exemplo, PPDI em vez de MDI como resultado do diferencial de reatividade de isocianato mais elevado do anterior, que resulta em uma diminuição em formação de oli-gômero e uma diminuição proporcional no nível de diisocianato livre no prepolímero. Conseqüentemente, esses prepolíme-ros promovem maior separação de fase dos segmentos duro e macio e conseqüentemente estabilidade térmica aperfeiçoada do elastômero resultante. O uso de extensores de cadeia de diamina, embora genericamente mais difíceis de processar do que extensores de cadeia de diol devido a seus pontos de fusão mais elevados, contribui maior estabilidade térmica através de ligações de uréia que são mais estáveis do que seus complementos de uretano. Os extensores de cadeia de diamina úteis em várias modalidades da presente invenção e particularmente a-queles envolvendo exposição a temperaturas elevadas podem possuir vantajosamente as três seguintes características: estrutura simétrica para separação de fase aperfeiçoada dos elastômeros resultantes; grupos substitutos não volumosos nos anéis aromáticos se tais grupos estiverem presentes para que a cristalização de segmento duro e separação de fase geral dos elastômero resultantes não seja retardada; e reati-vidade adequada com grupo de isocianato desse modo reduzindo ou eliminando a necessidade de catalisadores nas formulações. Os extensores de cadeia de diamina primária podem ser empregados para reatividade adequada com prepolímeros específicos expostos acima.

Os extensores de cadeia de diamina primária simétrica úteis na preparação de elastômeros de poliureta-no/uréia, de acordo com uma modalidade da presente invenção, são aqueles capazes de reagir com prepolímeros de poliisoci-anato rapidamente, sem a necessidade de catalisadores. Além disso, esses extensores de cadeia contribuem para o excelente desempenho dinâmico dos elastômeros resultantes. A simetria dos extensores de cadeia úteis em uma modalidade da presente invenção proporciona a separação de fases aperfeiçoada e consequentemente aumentam a estabilidade térmica dos elastômeros de poliuretano/uréia finais em aplicações dinâmicas. Os extensores de cadeia de diamina primários apropriados incluem porém não são limitados a aminas aromáticas simétricas com pesos moleculares de aproximadamente 90 a aproximadamente 500, e misturas dos mesmos. Os exemplos incluem: 1,4-fenileno diamina, 2,6-diamino tolueno, 1,5-naftaleno diamina, 4,4'-diamino difenil metano, 3,3'-dimetil-4,4'-diamino difenil metano, l-metil-3,5-bis(imetil tio)-2,6-diamino benzeno, l-metil-3,5-dietil-2,6-diaminobenzeno, 4,4'-metileno-bis-(3-cloro-2,6-dietil anilina), 4,4'-metileno-bis-(orto-cloroanilina) , 4,4'-metileno-bis-(2,3-dicloroanilina), di-para-aminobenzoato de trimetileno gli-col, 4,4'-metileno-bis-(2,6-dietil anilina), 4,4'-metileno-bis- (2 , 6-diisopropil anilina), 4,4'-metileno-bis-(2-metil-6-isopropil anilina), 4,4'-diamino difenil sulfona, e similares .

Os extensores de cadeia de diamina primária simétrica podem ser opcionalmente combinados com uma pequena quantidade de extensores de cadeia de diamina secundária para variar as características de elastômero como dureza. Os exemplos apropriados de extensores de cadeia de diamina secundária têm pesos moleculares de aproximadamente 150 a a-proximadamente 500, e incluem, porém não são limitados a, N,N'-di-sec-butil-amino benzeno e N,N'-di-sec-butil-amino-difenil metano.

Os extensores de cadeia de diamina primária simétrica também podem ser combinados com um ou mais dos polióis descritos acima e contidos no prepolímero, para alterar o processo e característica de produto como relação de mistura, temperatura de processamento, flexibilidade, etc. Esses polióis de cadeia longa não atuam como extensores de cadeia, porém reduzem a quantidade de segmento duro no elastômero, desse modo reduzindo sua dureza. Isto pode ser desejável para algumas aplicações. As relações de peso apropriados de poliol para extensor de cadeia de diamina primária simétria podem ser de aproximadamente 30:70 a aproximadamente 60:40, e é mais preferivelmente de aproximadamente 40:60 a aproximadamente 50:50.

Nem compostos de hidroxila de cadeia curta alifá-ticos nem aromáticos são genericamente favorecidos como extensores de cadeia na prática da presente invenção quando empregados para formar acoplamentos para uso em temperaturas elevadas devido à instabilidade de ligações de uretano nos elastômeros resultantes em temperaturas elevadas, e suas propriedades dinâmicas inadequadas em aplicações em temperaturas elevadas.

Elastômeros de poliuretano/uréia úteis na prática de modalidades da presente invenção podem ser preparados u-tilizando qualquer processo apropriado ou convencional, qualquer número dos quais são bem conhecidos na arte, incluindo uma abordagem de duas etapas (prepolímero) através de processos de moldagem padrão. Na primeira etapa da abordagem de prepolímero, o poliol ou mistura de poliol e o poliisoci-anato são reagidos para fornecer o prepolímero de poliisoci-anato. Na segunda etapa, o prepolímero de poliisocianato e o extensor de cadeia são reagidos para produzir os elastômeros de poliuretano/uréia finais. Um critério favorável para escolher a ordem de adição é aquele que minimizará a quantidade de oligômeros pelos motivos expostos acima, e que além disso genericamente induz dificuldades de processamento na forma de viscosidade elevada de prepolimero. Outros fatores também devem ser considerados ao escolher a ordem de adição para preparar prepolimeros de poliisocianato, como é bem sabido na arte. É sabido, por exemplo, que se o componente de poliol for adicionado em PPDI liquido em uma temperatura a-cima de seu ponto de fusão de 95°C, um grau elevado de dime-rização e sublimação de PPDI ocorre. Se necessário, uma pequena quantidade de estabilizador, como cloreto de benzoila, pode ser adicionada no prepolimero de poliisocianato durante seu estágio de preparação. Uma relação de mistura de poliisocianato para poliol expressa como uma relação estequiomé-trica de NCO/OH que pode ser empregada em uma ou mais modalidades da presente invenção é de aproximadamente 1,8:1 a aproximadamente 2,4:1, e para prepolimeros baseados em PPDI, pode ser aproximadamente 2:1, e para prepolimeros baseados em t,t-HMDI, pode ser aproximadamente 2,2:1. Prepolimeros de poliisocianato úteis em várias modalidades da presente invenção podem incluir um teor de grupo de isocianato na faixa de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 12,0 por cento em peso de NCO; ou na faixa de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 7,0 por cento em peso de NCO; ou na faixa de aproximadamente 3,0 a aproximadamente 6,0 por cento em peso de NCO.

Os prepolimeros de poliisocianato úteis na prática das modalidades da presente invenção podem ser reagidos a- través de processos de moldagem padrão com um extensor de cadeia como conhecido na arte de poliuretano/uréia. Os elas-tômeros de poliuretano/uréia da presente invenção podem incorporar uma relação equivalência de isocianato para amina ("NCH:NHX") ou amina/hidroxila ("NC0:NH2+0H") na faixa de aproximadamente 0,90:1 a aproximadamente 1,40:1, ou na faixa de aproximadamente 1,00:1 a aproximadamente 1,25:1.

Embora à luz da descrição de várias modalidades da presente invenção fornecidas aqui uma pessoa com conhecimentos comuns na arte relevante perceberia facilmente qualquer número de constituintes de poliuretano e suas quantidades relativas na preparação de luvas de acoplamento flexíveis para aplicações que requerem qualquer número de exigências de desempenho, por exemplo, capacidade de carga, características de amortecimento, resistência à temperatura elevada e/ou baixa. Por exemplo, embora um elastômero de poliuretano tendo excelentes características de desempenho em temperatura elevada pudesse ser formado utilizando os constituintes e quantidades relativas como exposto na Tabela 1 como Exemplos 1 e 2 para formar luvas de acoplamento altamente duráveis apropriadas para uso até mesmo em condições extremas de temperatura extremamente elevada e baixa características de a-plicações automotivas, em aplicações genericamente envolvendo faixas de temperatura operacional mais baixa, por exemplo, certas aplicações industriais, então economia de custo pode ser realizada utilizando uma combinação de constituintes de poliuretano, por exemplo, PPDI não "livre-baixo" ou 2,4- ou 2,6-TDI ou MDI em combinação com poliol e extensor de cadeia apropriados, para formar luvas de acoplamento resistentes a temperaturas inferiores porém não obstante altamente duráveis. Para luvas de acoplamento resistentes à temperatura moderada a mais baixa porém não obstante altamente duráveis, polióis de poliéter podem ser utilizados. Além de diamina, extensores de cadeia de diol de cadeia curta também podem ser aceitáveis para aplicações em temperatura mais baixa, por exemplo, 1,4-butanodiol pode ser utilizado para curar com um prepolimero como aquele disponível como ADIPRENE LFP 2950A da Uniroyal Chemical para formar esse tipo de elastômero de poliuretano. Elastômeros de poliuretano termoplásticos apropriados podem além disso ser utilizados, por exemplo, onde estabilidade térmica extrema não é exigida pela aplicação pretendida.

Além disso, embora uma pessoa com conhecimentos comuns na arte relevante reconhecesse facilmente que elastômeros de poliuretano podem ser formados tendo uma ampla gama de propriedades, incluindo dureza ou módulo, flexibilidade, capacidade de transporte de carga, características de amortecimento, e resistência à temperatura elevada e/ou baixa; uma dureza e/ou módulo de elastômero de poliuretano mínimo seria genericamente necessário para que o elastômero de poliuretano funcione aceitavelmente quando formado em uma luva de acoplamento. Desse modo, por exemplo, elastômeros de poliuretano tendo um módulo como medido de acordo com ASTM D412 a 23°C (M100) de pelo menos aproximadamente 5,518xl06 Pa (800 psi) seria genericamente exigido para as luvas de acoplamento de acordo com a presente invenção. Elastômeros de poliuretano tendo um M100 de pelo menos aproximadamente 6,205xl06 Pa (900 psi), ou na faixa de aproximadamente 6,895xl06 Pa (1000 psi) a aproximadamente l,379xl07 Pa (2000 psi) podem ser adicionalmente utilizados vantajosamente de acordo com modalidades da presente invenção.

Embora não pretendendo ser limitado a nenhuma teoria especifica, acredita-se adicionalmente atualmente que a capacidade de carga de uma dada luva de acoplamento de elas-tômero de poliuretano é adicionalmente genericamente proporcional à dureza ou módulo daquele elastômero, enquanto a capacidade de amortecimento da luva é genericamente inversamente proporcional à mesma.Uma pessoa com conhecimentos comuns na arte relevante reconheceria desse modo facilmente em vista da presente revelação que pode haver alguma sintonia precisa ou interação dessas duas propriedades que pode ser realizada através da seleção de constituintes de poliuretano e/ou suas quantidades relativas que pode ser desejável ou necessário para formular o elastômero de poliuretano ótimo para uma dada aplicação pretendida, por exemplo, em várias aplicações de acionamento de acessório automotivo.

Os elastômeros de poliuretano úteis na prática de várias modalidades da presente invenção podem ser misturados com aditivos como pigmentos, substâncias corantes, agentes antiestáticos, etc. como bem sabido na arte e como desejado para uma aplicação de acoplamento dada.

Acredita-se atualmente que a ausência de cargas, por exemplo, negro de fumo, silicas, etc., e outros aditivos convencionais de composição de borracha sintética nas compo- sições de elastômero de poliuretano úteis na prática da presente invenção contribuem adicionalmente para as excelentes propriedades de desempenho especificas para acoplamentos do tipo luva. Acredita-se que tais aditivos, os quais são genericamente empregados em composição de borracha sintética de, por exemplo, elastômeros à base de dieno em parte para aumentar o módulo e propriedades de desempenho associadas de tais materiais, resultam em uma composição que não é verdadeiramente homogênea porém em vez disso inclui pelo menos algumas partículas distintas na fase contínua maior. Cada tal partícula apresenta um ponto de iniciação de rachadura inicial na composição de elastômero, que genericamente faz com que a composição curada falhe sob condições de carga e/ou temperatura extremas. As composições de elastômero de poliuretano não exigem inversamente tais aditivos e desse modo formam um material mais homogêneo que se verificou ser altamente vantajoso na prática da presente invenção. A presente invenção é adicionalmente ilustrada porém não é destinada a ser limitada pelos seguintes exemplos nos quais todas as partes e percentagens são em peso a menos que de outro modo especificado. Em cada caso mostrado na Tabela 1 o prepolímero de poliisocianato foi mantido a 60-80°C, e então misturado e curado com seu extensor de cadeia e na relação de mistura relevante com o mesmo como indicado na Tabela 1, acima dos pontos de fusão respectivos dos constituintes para obter os elastômeros de poliuretano/uréia correspondentes, em moldes apropriadamente dimensionados que foram pré-aquecidos a 110°C. As amostras de elastômero foram desmoldadas em aproximadamente 10-30 minutos e então pós-curadas a 150°C por 24 horas.

As amostras de poliuretano/uréia acima descritas foram testadas em relação à dureza (ASTM D-2240), e módulo de amostras não envelhecidas (ASTM D-412).

Tabela 1 ___________________________________________ Na Tabela 1: PPDI/PCL - prepolimero de policaprolactona difun-cinoal-PPDI livre baixo disponível como ADIPRENE LFP 2950A da Uniroyal Chemical. TMAB - di-para-aminobenzoato de trimetileno glicol disponível como VIBRACURE A157 da Uniroyal Chemical, ou VERSALINK 740M da Air Products and Chemicals, Inc. MCDEA = 4,4'-metileno-bis-(3-cloro-2,6-dietil ani-lina), disponível como LONZACURE MCDEA da Air products and Chemicals, Inc.

Em operação de acoplamentos de eixo flexíveis do tipo luva, a rotação de um eixo acionador exerce uma força de acionamento na peça da extremidade à qual é acoplado, a-través dos dentes correspondentes da peça da extremidade e da porção de recebimento de acoplamento da luva, para e a- través da porção cilíndrica central da luva fazendo com que a mesma torça e desse modo exerça um torque através de seu comprimento e para dentro e através dos dentes da porção de recebimento de acoplamento oposta e peça da extremidade correspondente e finalmente ao eixo acionado, desse modo induzindo o eixo acionado a girar. A força de acionamento expressa desse modo tanto um componente de tensão radial, que em construções convencionais é tipicamente oposto ou resistido por algum elemento dentro ou sobre a porção anular central; como um componente de tensão de cisalhamento circunfe-rencial, que é genericamente oposto pela elasticidade dos dentes da luva de acoplamento. Verificou-se que as luvas de acoplamento flexíveis de acordo com uma modalidade da presente invenção apresentam capacidades de carga aperfeiçoadas em relação a acoplamentos convencionais tendo porções de luva formadas de borracha sintética vulcanizada. 0 que se quer dizer pelo termo "capacidade de carga" nesse contexto é a capacidade do dispositivo de resistir ou suportar a força de acionamento geral à qual é submetido em uso. Capacidade de carga nesse contexto inclui, desse modo, resistência a componentes de transmissão de torque, amplitude e freqüência, bem como componentes de tensão radial e tensão de cisalhamento circunferencial.

Para ilustrar a capacidade de carga aperfeiçoada e conseqüentemente vida operacional que pode ser esperada de um acoplamento flexível da presente invenção em relação aos desenhos da técnica anterior, uma análise de capacidade de carga foi realizada em amostras de dispositivos de acopla- mento flexível preparados de acordo com modalidades da presente invenção. Luvas de acoplamento de dois tamanhos diferentes porém em cada caso formadas totalmente das composições descritas como Exemplos 1 e 2 na Tabela 1, e tendo uma configuração de perfil de dente como ilustrado na figura 4 acima, foram preparadas. Luvas de um primeiro tamanho, indicado como "Tamanho A" na Tabela 2 abaixo, incluíram um diâmetro externo de 28,5 mm, uma espessura de invólucro (isto é, medida da porção de raia entre dentes até a superfície externa da luva) de 2,5 7 mm, uma relação de entalhe para dente de aproximadamente 2,9, doze dentes por porção de recebimento de acoplamento, uma largura de base de dente de aproximadamente 4,3 mm e uma altura de dente de aproximadamente 2 mm. Luvas de um segundo tamanho, indicado como "Tamanho B" na Tabela 2 abaixo, incluíram um diâmetro externo de aproximadamente 78,5 mm, uma espessura de invólucro de 7 mm, uma relação de entalhe para dente de aproximadamente 2,2, dezoito dentes por porção de recebimento de acoplamento, uma largura de base de dente de aproximadamente 7,5 mm e uma altura de dente de aproximadamente 3,4 mm. Para cada luva de acoplamento, o corpo no formato de luva incluindo a porção anular central e as porções de recebimento de acoplamento incluindo cada um dos dentes foram formados inteiramente da respectiva composição de poliuretano exposta na Tabela 2, isto é, em cada caso, nem um cordão de tração, carga de fibra nem camisa de tecido foi incluída na construção de luva de acoplamento.

Tabela 2 As luvas foram em cada caso submetidas a uma análise de capacidade de carga e os resultados da análise são expostos abaixo. A análise de capacidade de carga mediu a vida operacional em ciclos para falha contra torque de pico (Nm), como exposto em Deutsch Industrie Norm ("DIN") 740. A análise foi executada ém dispositivo de teste de carga de pulsação torcional em uma taxa na faixa de 8-9 Hz, e em temperatura ambiente de aproximadamente 23°C. Para as Luvas I -e II a análise envolveu uma faixa de oscilação de torque de pico para pico entre aproximadamente 14 e aproximadamente 34 Nm, e para a Luva III envolveu uma faixa de oscilação de torque de pico para picó entre aproximadamente 130 e aproximadamente 190 Nm.

Na faixa de torque de pico de 30 a 34 Nm, os espécimes de teste da Luva I apresentaram entre quinze mil e trinta mil ciclos de tensão antes da falha. Em um torque de pico de aproximadamentei22 Nm, um espécime de teste da Luva I apresentou mais de quinhentos mil ciclos de tensão, e em um torque de pico de aproximadamente 18 Nm, um espécime de teste da Luva I apresentou quase seis milhões de ciclo de tensão antes da falha. De forma ainda mais acentuada, a Luva II apresentou mais de dois milhões de ciclos de tensão em um torque de pico de aproximadamente 30 Nm. Em um torque de pico de aproximadamente 160 Nm, o espécime de teste da Luva III não falhou ainda em mais de 107 ciclos de tensão quando analisados em aproximadamente 23°C.

Além da análise realizada em temperatura ambiente, um número de espécimes de teste de luva de acoplamento como descrito como Luva I na Tabela 2 foi analisado em temperaturas elevadas. Cada tal espécime foi submetido a essa mesma análise de capacidade de carga, porém em cada caso executou em um de cada incremento de 10°C em relação à faixa de temperatura de 50°C a 130°C. Com um torque de pico permanecendo de forma consistente entre 24 e 28 Nm, essas luvas executaram em cada caso entre quinhentos mil e 106 ciclos de tensão. Além disso, quando analisada a 130°C, uma luva de Tamanho A formada inteiramente de uma composição de elastômero de poliuretano substancialmente similar àquela descrita como Exemplo 2 acima porém incluindo 5% em peso de um poliol de policaprolactona trifuncional no prepolimero de PPDI/PCL livre baixo de outro modo similar, não falhou em mais de duzentos mil ciclos de tensão em um torque de pico de aproximadamente 28 Nm; e permaneceu em teste por mais de dois milhões de ciclos de tensão em um nivel de torque de pico de aproximadamente 25 Nm. A partir de um exame desses resultados, é evidente que o teste em uma faixa de condições de torque em oscilação indica desempenho excepcional de luvas de acoplamento flexível preparadas de acordo com várias modalidades da presente invenção. Os resultados do teste exposto acima revelam que luvas de acoplamento de acordo com várias modalidades da presente invenção apresentam essa capacidade de carga excep- cional, mesmo sob uma ampla faixa de temperaturas operacionais, que como ilustrado na modalidade da presente invenção descrita na figura 2, verificou-se que nenhum reforço, por exemplo, um cordão de tração ou um tecido de reforço, diferente do próprio elastômero de poliuretano é genericamente necessário para resistir à força de acionamento, incluindo componentes tanto de tensão radial como de tensão de cisa-lhamento circunferencial, de aplicações mesmo altamente rigorosas, e que um grau excepcionalmente elevado de capacidade de transmissão de torque é não obstante mantido. Ao empregar as composições de elastômero de poliuretano resistentes à temperatura elevada ilustradas nos exemplos fornecidos acima na construção de uma luva de acoplamento de acordo com uma modalidade da presente invenção, prevê-se que os acoplamentos expostos forneceriam grandes benefícios em aplicações automotivas.

Acredita-se adicionalmente atualmente que a ausência de uma combinação de reforço têxtil nas luvas de acoplamento de poliuretano de acordo com certas modalidades da presente invenção, isto é, de um cordão de tração e um revestimento de tecido, pode contribuir adicionalmente para a durabilidade extremamente elevada de luvas de acoplamento e acoplamentos de acordo com essas modalidades da invenção, particularmente sob condições de carga extremamente elevadas. Em particular, verificou-se que as rachaduras de falha de luva que genericamente levam à falha de acoplamento genericamente iniciam na interface de camisa de tecido-cordão de tração da luva. Esse problema é resolvido naquelas luvas de acoplamento de poliuretano de modalidades da presente invenção que não têm a combinação de um cordão de tração e uma camisa de tecido. Essas características de reforço têxtil não podem ser genericamente eliminadas em luvas de acoplamento formadas de borracha sintética vulcanizável devido ao seu módulo mais baixo em comparação com os elastômeros de poliuretano da presente invenção.

Embora nenhum material de reforço, por exemplo, cordão de tração, carga de fibra ou revestimento de tecido, tenha sido utilizado nos exemplos aqui fornecidos para ilustrar aspectos da presente invenção, não se pretende que o âmbito da presente invenção seja assim limitado, e que todo ou qualquer de um cordão de tração, carga de fibra e um revestimento têxtil ou reforço adicional ou uma combinação de quaisquer dois ou mais dos mesmos pode ser empregado na construção das luvas de acoplamento de elastômero de poliuretano de uma ou mais modalidades da presente invenção para fornecer adicionalmente resistência de tensão radial e/ou de tensão de cisalhamento circunferencial, ou ajustar adicionalmente a capacidade de transmissão de torque do acoplamento para uma dada aplicação. Desse modo, por exemplo, embora como ilustrado nos exemplos fornecidos acima, o próprio e-lastômero de poliuretano possa fornecer a resistência de tensão radial e/ou de tensão de cisalhamento circunferencial principal ou única da luva, verificou-se que a utilização de um cordão de tração como descrito acima em relação às figuras 3 e 4 pode aumentar ainda mais a capacidade de carga da luva de acoplamento.

As luvas de acoplamento flexível e dispositivos de acoplamento da presente invenção podem ser formados de acordo com qualquer método apropriado e/ou convencional, cujos métodos são genericamente bem conhecidos na técnica. Para as próprias luvas de acoplamento, as composições de elastômero à base de poliuretano ou poliuretano/uréia podem ser preparadas de acordo com qualquer técnica convencional ou apropriada, por exemplo, pela reação do poliol com peso molecular relativamente elevado, e o extensor de cadeia com peso molecular relativamente baixo, com o poliisocianato através de uma abordagem de uma carga ou duas etapas (prepolímero) . Na preparação do elastômero, os componentes reativos e quaisquer catalisadores ou aditivos opcionais podem ser misturados juntos e então transferidos para um molde de formato apropriado onde a formulação é curada. Essa mistura pode ser por exemplo realizada em um processo de batelada. A mistura pode ser curada no molde até ser capaz de manter o formato moldado, desmoldada e curada posteriormente até término da polimerização. Alternativamente, o elastômero pode ser preparado através de técnicas de Moldagem por Injeção de reação (RIM), nas quais os materiais contendo hidrogênio ativo são misturados rapidamente com poliisocianato através de incidência e simultaneamente injetados em um molde de formato apropriado onde a reação ocorre. Onde elastômeros de poliuretano termoplástico seriam empregados na construção de uma luva de acoplamento de acordo com uma modalidade da presente invenção, o material pode ser formado pela fusão de um elastômero de poliuretano pré-formado e então moldado por inje- ção da corrida em um molde de formato apropriado para produzir a luva, como seria bem reconhecido por uma pessoa com conhecimentos comuns na arte relevante.

Ao incorporar qualquer um ou mais dentre um cordão de tração, revestimento de tecido e carga de fibra de elas-tômero, as luvas de acoplamento flexível podem ser formadas de acordo com técnicas de construção de correia de uretano padrão, onde, por exemplo, o revestimento de tecido resistente a desgaste opcionalmente pré-formado é colocado em um molde dentado, o cordão de reforço opcional é helicoidalmen-te enrolado contra o tecido, os constituintes de elastômero de poliuretano são introduzidos no molde como observado acima, e calor e pressão suficientes são aplicados para forçar a mistura de constituintes para fluir através dos cordão de traçãos carregando o tecido para dentro dos entalhes de molde, e a luva de acoplamento flexível resultante é resfriada e removida do molde. Embora não pretendendo ser limitado a nenhuma teoria específica, acredita-se que maior adesão possa ser obtida em luvas de acoplamento empregando tanto uma porção flexível de elastômero de poliuretano como um ou mais materiais de reforço têxtil em comparação com acoplamentos comparáveis tendo porções flexíveis de borracha vulcanizá-vel, devido à mistura de uretano com baixa viscosidade, líquida que genericamente flui através do elemento têxtil na formação da luva, ao contrário da viscosidade genericamente elevada de borracha vulcanizável convencional. Essa adesão aperfeiçoada resultaria provavelmente adicionalmente em durabilidade e vida de serviço aperfeiçoado.

Como observado acima, independente de se o perfil de dente empregado na construção de uma luva de acoplamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção é selecionado para ser de forma trapezoidal ou curvilinea, ou qualquer outra forma apropriada e/ou convencional, acredita-se que as luvas de acoplamento flexível formadas de elastô-mero de poliuretano como descrito aqui formariam um dispositivo de acoplamento altamente confiável e excepcionalmente durável em combinação com peças das extremidades associadas. De acordo com várias modalidades da presente invenção, luvas de acoplamento para utilização em acoplamentos de eixo flexíveis do tipo luva podem ser formados principalmente ou exclusivamente de elastômero de poliuretano, e a necessidade de um elemento de reforço adicional, por exemplo, um cordão de tração ou um revestimento de tecido, nessa construção pode ser eliminada, uma vez que a própria composição de elastômero de poliuretano poderia fornecer o elemento de resistência à tensão radial e tensão de cisalhamento principal ou exclusivo da luva de acoplamento.

Os elastômeros de poliuretano/uréia expostos nos exemplos acima ilustram combinações de segmentos duro e macio formados pela reação dos constituintes acima de acordo com várias modalidades da presente invenção. Os constituintes em várias modalidades da presente invenção podem ser selecionados para promover separação de fase, eliminar a necessidade de catalisadores e antioxidantes desse modo aumentando a estabilidade térmica, e melhorar o desempenho dinâmico da composição de elastômero final em temperaturas ele- vada e baixa. Uma pessoa com conhecimento comum na arte relevante reconheceria facilmente entretanto as modificações e substituições dos vários materiais que poderíam ser feitas por exemplo, onde desempenho em temperatura elevada e/ou extremos de temperatura não é necessário ou para uma aplicação dada.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhe para fins de ilustração, deve ser entendido que tal detalhe é exclusivamente para aquela finalidade e que variações podem ser feitas na mesma por uma pessoa versada na técnica sem se afastar do espírito ou âmbito da presente invenção exceto como pode ser limitado pelas reivindicações. A invenção aqui revelada pode ser adequadamente posta em prática na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente aqui revelado.

REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Luva de acoplamento (10) para uso em um dispositivo de acoplamento de eixo flexível do tipo luva, CARACTERIZADA pelo fato de compreender uma porção de corpo genericamente anular (44) tendo uma periferia interna (28) e uma periferia externa (54); e duas porções de extremidades opostas da luva (12, 14) definindo as respectivas porções de recebimento de acoplamento (20, 22); as referidas porções de recebimento de acoplamento compreendendo, cada uma, uma pluralidade de dentes axialmente estendidos circunferencialmen-te espaçados (26) dispostos ao longo de pelo menos uma porção da referida periferia interna (28) ; e pelo fato de que pelo menos uma dentre a referida porção de corpo anular (44) e as referidas porções de recebimento de acoplamento (20, 22) compreende uma composição de elastômero de poliuretano tendo M100, tensão de tração a 100% de alongamento de acordo com ASTM D412, de pelo menos 5,518xl06 Pa (800 psi).

2. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composição de elastômero de poliuretano fornece pelo menos uma quantidade substancial da resistência da referida luva de acoplamento à tensão radial ou à tensão de cisalhamento circunf erencial na operação do referido dispositivo.

3. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composição de elastômero de poliuretano compreende o produto de reação de, (a) uma composição de prepolímero de poliisociana- to sendo preparada pela reação de, (i) um diisocianato selecionado do grupo que consiste em: (A) diisocianatos aromáticos com estrutura compacta e simétrica, e (B) diisocianatos alifáticos com estrutura geométrica trans ou trans,trans, com: (ii) um poliol selecionado de: (A) polióis de policarbonato, (B) polióis de poliéster, e (C) uma mistura de quaisquer dois ou mais dos referidos polióis de policarbonato e referidos polióis de poliéster, e (b) um extensor de cadeia selecionado de: (i) extensores de cadeia de diamina primária simétrica; (ii) uma mistura de qualquer um ou mais dos referidos extensores de cadeia de diamina primária simétrica e um extensor de cadeia de diamina secundária; e (iii) uma mistura de qualquer um ou mais dos referidos extensores de cadeia de diamina primária simétrica e qualquer um ou mais dos referidos polióis.

4. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composição de elastômero de poliuretano possui uma relação de equivalência de isocianato para amina ou para ami- na/hidroxila na faixa de 0,90:1 a 1,40:1.

5. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composição de elastômero de poliuretano possui um teor de grupo de isocianato do referido prepolímero de poliisocianato de 2,0% a 12% em peso, e em que a referida composição de prepolímero de poliisocianato tem uma relação de NCO/OH de 1,8:1 a 2,4:1.

6. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido diisocianato aromático é selecionado do grupo que consiste em a) para-diisocianato de fenileno, b) 1,5-diisocianato de naftaleno, c) 2,6-diisocianato de tolueno; e d) diisocianato de difenil metano; e em que o referido diisocianato alifático é selecionado do grupo que consiste em a) trans-1,4-diisocianato cicloexano, e b) o trans,trans-4,4'-dicicloexil-metil diisocia- nat.

7. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o prepolímero de poliisocianato é particularizado por um nível de monômero de isocianato livre, e o nível de isocianato livre no prepolímero é menor do que 1% em peso do prepolímero.

8. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido po- liol de policarbonato é poli(carbonato de hexametileno) diol ou derivados líquidos do mesmo; o referido poliol de poliés-ter é selecionado entre policaprolactona diol e poli(adipato de hexametileno) diol; e o referido poliol tem peso molecular de 500 a 5000.

9. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido ex-tensor de cadeia de diamina primária simétrica tem um peso molecular de 90 a 500 e é selecionado do grupo que consiste em: a) 4,4'-metileno-bis-(3-cloro-2,6-dietil anilina); b) 4,4'-metileno-bis-(orto-cloroanilina); c) 4,4'-metileno-bis-(2,3-dicloroanilina); d) di-para-aminobenzoato de trimetileno glicol; e) 4,4'-metileno-bis(2,6-dietil anilina); f) 4,4'-metileno-bis(2,6-diisopropil anilina); g) 4,4'-metileno-bis(2-metil-6-isopropil anilina), e h) uma combinação de pelo menos quaisquer dois dos extensores de cadeia de diamina primária simétrica acima; e em que o referido extensor de cadeia de diamina secundária é selecionado do grupo que consiste em: a) N,N'-di-sec-butil-amino-benzeno, e b) N,N'-di-sec-butil-amino-difenil metano.

10. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender adicionalmente pelo menos um reforço têxtil selecionado de um cordão de tração disposto dentro do referido corpo no formato de luva, um revestimento de tecido, e carga de fibra da referida composição com 1 a 30 phr de fibras.

11. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os referidos dentes (26) estão em disposição alternada com uma pluralidade de entalhes, cada um dos referidos entalhes (30, 30') tendo uma largura cobrindo uma porção da circunferência da periferia interna do corpo no formato de luva, e em que a relação da soma das referidas larguras de entalhe para a soma das referidas larguras de dente é menor do que 0,65:1.

12. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender adicionalmente pelo menos um meio indicador de nivel de torque na referida periferia externa do referido corpo de luva.

13. Luva de acoplamento (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido meio indicador de nivel de torque está na forma de elementos gráficos que formam um primeiro padrão na referida periferia externa do referido corpo no formato de luva em descanso, e um segundo padrão na referida periferia externa do referido corpo no formato de luva sob distorção superficial.

14. Dispositivo de acoplamento, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a luva de acoplamento, conforme definida na reivindicação 1, e pelo menos uma peça da extremidade acoplada à referida luva na referida porção de recebimento de acoplamento, onde a referida peça da extremidade compreende uma série de entalhes axialmente estendidos (30, 30') que são formas complementares dos referidos dentes da referida porção de recebimento de acoplamento para engate da peça da extremidade com a porção de recebimento de acoplamento .

15. Conjunto acoplado, CARACTERIZADO por compreender um eixo de acionamento, um eixo acionado, e o acoplamento conforme definido na reivindicação 1, conectando operativamente os eixos genericamente ao longo dos eixos dos mesmos e em relação de acionamento de modo a transmitir força entre os mesmos.

16. Luva de acoplamento (10) , de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição de elastômero de poliuretano compreende o produto de reação de, a) uma composição de prepolimero de poliisocianato sendo preparada pela reação de i) um diisocianato selecionado de: A) PPDI, e B) t-CHDI, Com: (ii) um poliol selecionado de: A) poliol de policarbonato; B) poliol de policaprolactona; e C) uma mistura de quaisquer dois ou mais dos referidos polióis de policarbonato e referidos polióis de poliéster; em que o prepolimero de poliisocianato é caracterizado por um nível de diisocianato livre, e o nível de diisocianato livre no prepolímero é menor do que 1% em peso do prepolímero e; b) um extensor de cadeia selecionado de: i) MCDEA, ii) 4,4'-metileno-bis(2,6-dietil anilina), i i i) TMAB, e iv) uma mistura de qualquer um ou mais dos referidos extensores de cadeia e qualquer um ou mais dos referidos polióis, em que a referida composição de elastômero de po-liuretano possui uma relação de equivalência de isocianato para amina na faixa de 0,90:1 a 1,40:1 e um teor de grupo de isocianato do referido prepolímero de poliisocianato de 3% a 6% em peso; e tem M100, tensão de tração a 100% de alongamento de acordo com ASTM D412, de pelo menos 6,205xl06 Pa (900 psi).