Elastische Wellengelenkscheibe mit Seillaschen Soweit zur Weiterleitung der Drehbewe- i;u irg zwei Wellen miteinander zu verbinden sind, deren Achsen geneigt zueinander liegen oder Winkelbewegungen gegeneinander aus- führen sollen, benutzt man Gelenke. Die be kanntesten Gelenke dieser Art waren die Kardan- oder Kreuzgelenke.
Diese haben je doch den Nachteil, dass sie. dauernder Schm-ie- iung bedürfen, aber nur mit grossen Schwie- ri-keiten schmierbar sind und ferner nicht alle Verlagerungen der Wellen aufnehmen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man die sogenannten Gewebescheiben entwickelt. Das sind Ringscheiben aus Gummi mit einge betteten. Gewebeeinlagen, deren Ringkörper eine ;-erade Anzahl axial liegender ausgebuch- ster Bolir-trngen enthält. Diese Buchsen sind mittels Seliraubbolzen abwechselnd mit derer Kopf der einen und mit dem Kopf der andern Welle verbunden. Wenn, was heute meistens der Fall ist, die zu übertragenden Drehmo mente gross sind, müssen diese Scheiben ausser ordentlich gross und stark ausgeführt werden.
Ihre Nachgiebigkeit ist dann gering, so dass einerseits die Winkel zwischen den mitein ander verbundenen Wellen nur gering sein können und anderseits die Wellenlager stark belastet werden.
Einen Fortschritt in der Entwicklung brachten die sogenannten Seilscheiben. Sie ähneln äusserlich den Gewebescheiben, jedoch erfolgt die Kraftübertragung zwischen be- nachbarten Buchsen nicht durch Gewebeein lagen, sondern durch Drahtschlaufen, die axial versetzt zueinander liegen. Aber auch diese Gelenkscheiben haben erhebliche Nachteile.
Zunächst. ist schon die Herstellung der Drahtschlingen ausserordentlich schwierig. Es ist nicht angängig, einfache Wickel aus Draht zu verwenden, denn bei den Biegungen, denen die Schlaufen im Gebrauch ausgesetzt sind, werden einzelne der Drahtwindungen so stark belastet, dass sie springen, weil die Material elastizität des Drahtmaterials nicht ausrei chend ist. Man hat sich daher dadurch ge holfen, dass man die Schlaufen aus dünnen Drahtlitzen geflochten hat, so dass an die Stelle der Materialelastizität. die Formelasti zität trat. Unter diesen Umständen konnten aber die Schlingen nur von Hand hergestellt werden. Das war einerseits teuer und führte anderseits nicht. zu der erforderlichen Ge nauigkeit.
Die Folge war, dass die Belastung der sich ausschliesslich oder im wesentlichen auf diejenigen Schlaufen aus= wirkte, die den geringsten Innendurchmesser hatten. Das gesamte der Scheibe zumutbare, zu übertragende Drehmoment entsprach unter diesen Umständen keineswegs dem Gesamt- materialaufwan d.
Diesem Nachteil versuchte man dadurch abzuhelfen, dass man den Drahtschlingen eine Ellipsenform gab und den Hohlraum der Ellipse durch Gummi ausfüllte. Das brachte dadurch einen gewissen Fortschritt, dass die kürzesten Drahtschlaufen sich. unter Nach geben ihres Gummikernes verflachen und so weit längen konnten, dass ein Ausgleich zwi schen den einzelnen Drahtschlaufen der Scheibe eintrat.
Aber auch derart ausgeführte Scheiben blieben -unbefriedigend.
Die Herstellung konnte nur in der Weise erfolgen, dass die Sehlaufen auf Bolzen der Kokille aufgestreift, d'ass ihre Hohlräume mit Pufferstücken aus Rohgummi angefüllt, die Deckschichten aus Ro:hglimmi zugegeben und das Ganze dann durch Erhitzung vulkanisiert wurde. Naturgemäss konnten die einzelnen RohgLimmiteile als solche nicht passgenau her gestellt werden.
Sie mussten daher in einzelnen Massen überdimensioniert werden und die hohlraumfreie Ausfüllung der Form konnte nur dadurch erreicht werden, dass die beiden Hälften gegeneinandeigepresst wurden. Das hatte den Nachteil, dass dabei die Schlaufen leicht. verformt. werden konnten. Davon ab gesehen ergaben sich aber erhebliche Schwie rigkeiten bei dem Vulkanisationsprozess, weil der Gesamtglimmikörper sehr stark war und die Vulkanisationsivärme von aussen her, näm lich von der Form her, aufnehmen musste.
Auf Einzelheiten braucht in diesem Zusam- menhange nicht eingegangen zu werden.
Schliesslich bestand noch eine grosse Schwie rigkeit. in der Beherrschung der Fliehkräfte. Die Scheiben haben Durchmessergrössen, die zu sehr erheblichen Fliehkräften der Rand teile führen, denen der Gummi als solcher nicht gewachsen war, zumal er in Fliehkraft richtung von den sehr schweren Drahtschlau fen belastet -werde. Man war daher genötigt, Mantelringe aus Gewebe am Umfang der Scheibe anzuordnen und diese beeinträchtig ten die Elastizität erheblich.
Dazu kommt noch, dass die Herstellung von Seilscheiben mit Schlingen aufs Drahtseil überhaupt nur bei grosser Dimensionierung möälich ist, also im Automobilbau z. B. bei Scheiben für schwere Lastkraftwagen. Erfindungsgemäss ist nun eine Gelenkseil scheibe geschaffen, die alle aufgeführten Schwierigkeiten und Nachteile beseitigt.
Ein Merkmal, welches einen Fortschritt ermöglicht, liegt in der Wahl eines bisher nicht benutzten Werkstoffes für die Seil schlingen, der ihre maschinelle Herstellung als einfache Wickel ermöglicht. Zur Herstel lung des Mantelkörpers kann z. B. das Spritz- verfahren benutzt werden, welches es ermög licht, solche Wickelkerne für die Seilschlau fen. zu benutzen, die zwar aus dem gleichen Material bestehen wie der Mantelkörper, je doch gesondert. von diesem in den Endmistand überführt- werden können. und daher schon als Stützkerne für den Wickelvorgang benutz bar sind.
Als Werkstoff für die Seileinlagen wird ein nichtmetallisches und daher wesent- l_ch leichteres, bis zu einem gewissen Grade elastisches Material gewählt, dessen Zugfestig keit mindestens gleich derjenigen von Baum wollfäden ist. Man kann Baumwolle benutzen, besser ist. es jedoch, einen der neuen Werk stoffe, wie Polyamid-Kunststoff, zu wählen, da sie bei gleichem Querschnitt und gleichem Gewicht erheblich zugfester sind als Baum- wolle.
Die Merkmale der Wellengelenkseheibe nach der Erfindung liegen demnach darin, da.ss die Seilwickel aus unter eine vorbestimmte Varspannung gesetzten Fäden elastischen, nichtmeta.l.lischen Werkstoffes bestehen, des sen Zugfestigkeit mindestens gleich derjenigen von Baumwollfäden ist, einen Kern aufs dritek- elasti:
schem Werkstoff umschliessen, gegen den sieh die Spulen abstützen, und in einen Man tel aus federnd nachgiebigem Stoffeingebettet sind.
Das für den vorliegenden Zweck neue lia- terial der Seilwickel kann, selbst wenn es zur Festlegung es zulässigen Verdrehungswinkels unter Vorspannung, gewickelt wird, immer, noch so viel Materialelastizität besitzen, dass man einfache Wickel verwenden kann, ohne Gefahr zii laufen, dass die stärkst beanspruch ten Windungen unter der Zugspannung rei ssen, die sie aufnehmen missen. Kann man aber einfache Wickel verwenden, dann ist es auch möglich, sie maschinell herzustellen und dadurch zu einer so weitgehenden Massgenauig keit zu gelangen, dass sieh die Beanspruchung der,
Seilscheibe gleichmässig auf sämtliche Seil einlagen verteilt. Soweit ganz geringe Toleran zen nicht. zu vermeiden sind, werden sie durch die Elastizität des Seilmaterials ausgeglichen.
Zum leichteren Verständnis wird im nach folgenden als Ausführungsbeispiel eine zeich nerisch dargestellte Seilscheibe beschrieben, bei der als Material für die Seileinlagen Fä den aus Polyamid-Kunststoff und als Ma terial für Stützkerne und Mantelkörper Gummi verwendet. sind. Diese Materialien sind jedoch durch äquivalente Werkstoffe ersetz bar, wie einerseits andere Kunstfäden oder Naturfäden, und wie anderseits Kunstmassen, die ähnliche Eigenschaften wie Gummi be sitzen.
In der zeichnerisehen Darstellung zeigen Fig.1 die Ansicht einer - zum Teil auf- gebrochenen -Gelenkscheibe nach der Er findung, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 11-II der Fig.1 und Fig.3 einen Schnitt nach Linie 111-III der Fig.1.
In dem Mantelkörper 1 der Scheibe sind die Seileinlagen 2 und 3 derart eingebettet, dass sie einander überlappend abwechselnd zu beiden Seiten einer Mittelebene der Seil scheibe liegen, die auf der Achse senkrecht stellt. Die Seileinlagen selbst sind einfache Wickel aus unter Vorspannung stehenden Kunststoffäden, die vorzugsweise aus einem Polykondensationsprodukt von Adipinsäure und Hexamethylendiamin bestehen.
Die Wik- kel ? und 3 umschlingen je zwei benachbarte Spulen 1 bzw. 5, deren Abstand durch Stütz kerne 6 bestimmt wird. Die Stützkerne be stellen ebenso wie der Mantelkörper 1 aus vulkanisiertem Gummi. Je zwei gleichachsige Spulen 4 Lind 5 sitzen auf einer gemeinsamen Buchse 7, deren aussen ungebördelte Ränder Schutzbleche 8 halten, die als [interlegschei- hen für die Muttern dienen, mit denen die Bolzen der Wellenköpfe an der Scheibe be- festigt sind.
Auf jeder Seite der Scheibe ver bleiben zwischen benachbarten Seileinlagen Zwischenräume, und an diesen Stellen befin den sich Aussparungen 9 des Scheibenkörpers, welche die Elastizität erhöhen.
Die Herstellung der Scheibe geschieht z. B. auf folgende Weise: Zunächst werden die Seileinlagen ge wickelt. Zu diesem Zweck werden zwei Spulen 4 bzw. 5 auf einen fertig vulkanisierten Stütz kern 6 derart aufgeschoben, dass sie sich gegen dessen ausgehöhlte Enden abstützen. Dann wird diese Einheit. auf den Werkstückträger der Wickelmaschine aufgestreift und sitzt dann auf einem Bolzenpaar, das den vor geschriebenen Abstand der beiden Spulen ge nau bestimmt..
Beim Wickeln wird der Faden zur Festlegung des zulässigen Verdrehungs winkels unter einer Vorspannung gehalten, die mindestens so gross ist wie die Zugbelastung, unter .der der Faden eine bleibende Dehnung annehmen kann. Der Anfang des Fadens wird vor Beginn des Wickelns festgelegt, das Ende nach Beendigung des Wickelvorganges, so d@ass ein selbsttätiges Sichlösen des Fadens nicht erfolgen kann.
Der Stützkern ist nach 3lat:erialfestigkeit und Querschnitt so bemes sen, da.ss er die Vorspannung des Wickels weitgehend aufnimmt.
Nach Fertigstellung der Seileinlagelaschen werden diese in der erforderlichen Anzahl und Anordnung in eine Kokille eingebracht. Die Kokille enthält Bolzen, vorzugsweise leicht konischer Form, auf die die auf die Buchsen 7 aufgezogenen Spulen aufgestreift werden. So bald, das geschehen ist, haben sie den vorge schriebenen Abstand. Dabei gleichen sich kleine Ungenauigkeiten der lichten Wickel längen auf Grund der Materialnachgiebigkeit der Fäden aus.
Sobald die Seileinl-agelaschen in die Form (Kokille) eingebracht sind, wird diese ge schlossen und der Gummi für den Mantel körper in flüssiger Form eingespritzt. Die Temperatur dieses Gummis ist dabei so be messen, dass der Vulkanisations@prozess sich ohne Nacherhitzung vollzieht. Unmittelbar darauf, jedenfalls aber noch lange vor Ab kühlen von Form und Formling kann die Form geöffnet und die Scbeibe herausgenoin- inen werden.
Unter dem Einfluss des flüssig eingespritzten Gummis hat sich die bleibende Längung der Seilfäden vollzogen und die rest liche Spannung, die sie noch ausüben, wird von den Stützkernen 6 aufgenommen. Unter diesen* Umständen besteht keine Gefahr, dass sich die heiss aus der Form entnommenen Scheiben verziehen. Zum Schluss werden die Schutzkappen 8 aufgestreift. und durch Um- bördelung des Randes der Buchsen 7 die Schutzkappen festgelegt.
Damit, beim Einsetzen der Seileinlage laschen in die Form, das unter starkem Span nen der Seile erfolgt, kein Nachgeben der Spulen durch Spreizen ihrer Flankenscheiben eintreten kann, sind, wie Fig.3 zeigt, die jenigen Flankenscheiben aufeinanderliegender Spulen, die einander benachbart sind, nach aussen gewölbt, so dass sie sich gegenseitig am Rande abstützen. Die Aussenflanken der Spu len werden in der Kokille durch entsprechende Anschlagteile der Formhälften gestützt.
So bald der Mantel hergestellt ist, tritt nach dem oben Gesagten eine Deformierung der Spulen- flanken nicht mehr ein.
Die Benutzung des trotz hoher Zugfestig keit elastischen Kunststoffes für die Seilfäden ermöglicht. die Ausbildung der Schlaufen als einfache Wickel, demzufolge ihre maschinelle Herstellbarkeit und ihre hohe Massgenauigkeit, die ihrerseits wieder die gleichmässige Vertei- lung der von der Scheibe aufzunehmenden Mo mente auf ;sämtliche Einlagen zur Folge hat.
Das hat. den Vorteil, dass die einzelnen Schlau fen verhältnismässig kleiner ausführbar sind als die früher verwendeten Drahtschlaufen. Davon abgesehen beträgt jedoch auch sehon das spezifische Gewicht des jetzt für die Sehlaufen verwendeten Werkstoffes nur einen Bruchteil von dem spezifischen Gewicht der früher benutzten Drähte.
Unter diesen Um- ständen treten in den Schlaufen nicht an nähernd die hohen Fliehkräfte auf wie früher bei den SeiLwheiben mit Drahtefnlagen. Unter diesen Umständen kann man den Mantelring aus Gewebeeinlagen ersparen.
Eine weitere Folge der Zugelastizität der Seileinlagen, die im Material liegt., ist. die Verz.iehtmöglichkeit auf die elliptische Form der Seileinlagen. Die Stränge können jetzt vielmehr geradlinig verlaufen. Daher kann das Aggregat statt, kreisrund, vieleckig aus gebildet werden. Das bedeutet nicht nur Ma terialersparnis, sondern auch weitere Herab setzung der Fliehkräfte.
Die obige Beschreibung eines Herstellungs verfahrens zeigt, dass dieses sich wesentlich vereinfacht und durch Heranziehung von Ma schinenarbeit für die Wickelherstellung ver billigt hat. Die entsprechende neue Scheibe ist daher wesentlich preiswerter als die bis herige.
Sie ist spezifisch momentfester als die bekannten Scheiben, wegen der gleichmässigen Verteilung der Beanspruchungen auf sämt liche Wickel. Sie isst aber auch wesentlich ela- stiselier wegen des Fortfalles sämtlicher Ge webeeinlagen (Mantelring) und wegen der tiefen Aussparungen zwischen benachbarten auf der gleichen Seite liegenden Wickeln.
Die Fortschritte, die die erläuterte neue Seheibe bietet, sind daher sehr erhebliche, und sie wurden erreicht durch eine Kombi nation zusammenwirkender Elemente, die teils in der geschickten Wahl der für diese Zwecke neuen Werkstoffe, teils in der Ausnutzung neuer Herstellungsverfahren bestehen, die füll Seilscheiben bisher rieht benutzt wurden. ,