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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichskupplung zum Übertragen von
Drehbewegungen zwischen außenmittigen (exzentrischen) Wellen.
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Zum Übertragen von Drehbewegungen zwischen außenmittigen, d. h. parallelen,
sich kreuzenden oder schwingenden Wellen sind verschiedene bewegliche Wellenkupplungen
vorgeschlagen worden. Bei einer Art derselben handelt es sich um eine Kombination
von zwei Gelenkkupplungen mit einer Zwischenwelle (doppelte Kardankupplung oder
Kupplung mit Innenverzahnung). Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß
ein verhältnismäßig großer Konstruktionsraum in Achsenrichtung erforderlich ist.
Es ist auch nachteilig; daß beim Antrieb von parallelen Wellen ein Kippmoment auf
die der Wellenkupplung benachbarten Lager ausgeübt wird.
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Bei einer anderen bekannten Art der beweglichen Wellenkupplungen nehmen
die gekuppelten Wellen ihre parallele bzw. kreuzende Lage auf Kosten der elastischen
Verformung (Deformation) eines ihrer Glieder an, wobei die im deformierten Glied
entstehende Spannung wieder auf die der Wellenkupplung benachbarten Lager übertragen
wird und deren Lebensdauer verkürzt.
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Bei der Wellenkupplung Oldham und bei Wellenkupplungen mit Innenverzahnung
tritt im Betrieb ein Gleiten und Wärmeentwicklung von sich berührenden Bestandteilen
auf. Es sind auch Ausgleichskupplungen bekannt, bei welchen die Gleitreibung durch
Anwendung von Einstellager oder Einstellrollen vermieden wird. Diese weisen eine
ebene Führung für die Rollen auf. Hier können sich aber die Rollen in Querrichtung
verdrehen, wodurch ein störungsfreier Betrieb unmöglich ist. Bei anderen Ausführungen
sind die Rollen an einem Schwebeglied (sogenannten Mittelstück) montiert, wodurch
bei exzentrischen Wellen die eine Schwingung hervorrufende Masse vergrößert wird.
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Es sind auch solche Ausgleichskupplungen bekannt, wo in den gewölbten
Führungen des Schwebegliedes Tonnenrollen-Reihen angeordnet sind. Hier kann aber
die Querstellung der Rollen nur mittels spezieller Käfige verhindert werden.
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Bei Wellenkupplungen, die z. B. bei sehr hohen Drehzahlen umlaufen,
treten bei erheblicher Außenmittigkeit durch das Schwebeglied Massenkräfte auf,
die dann unerwünschte Vibrationen auslösen.
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Die Erfindung bezweckt die Behebung der obenerwähnten Unzulänglichkeiten
und die Schaffung einer Wellenkupplung der eingangs erwähnten Art, bei welcher die
Vorteile von Kardangelenken und der Oldhamwellenkupplungen ohne deren Nachteile
gleichzeitig erreicht werden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus; daß bei
Anordnung eines Schwebegliedes mit Kuppelgliedern zwischen den beiden Hälften einer
Wellenkupplung nicht nur quergerichtete gegenseitige Bewegungen der Kupplungshälften
erfolgen können, sondern auch ermöglicht wird, daß die Wellen verschiedene Winkel
miteinander einschließen. Dies wird dadurch erreicht, daß das Schwebeglied mit je
einer den Wellen zugekehrten und zueinander senkrecht stehenden gerade Führungsleisten
aufweisenden Führungsnuten versehen ist. Durch die Führungsleisten ist die Verschwenkung
der Rollen um eine auf die Zapfenebene senkrechte Achse verhindert. Das Kuppelglied
jeder Welle greift mittels zu seiner Welle parallel und symmetrisch liegender, zwei
das Drehmoment übertragender Zapfen mit Rollen in Längsrichtung der Wellenmittellinie
verschiebbar und um diese Mittellinie verschwenkbar in die zugeordnete gerade Führungsnut
ein.
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So besteht die Möglichkeit, daß die Kuppelglieder in den Geradführungen
des Schwebegliedes in Längsrichtung sich verschieben und dadurch quergerichtete
gegenseitige Bewegungen der gekuppelten Wellen zulassen. Wenn das kreisende Schwebeglied
durch eine kinematische Kette selbsttätig ausgewuchtet wird, ist in vorteilhafter
Weiterentwicklung zwischen den Wellen ein Hilfszwischenstück vom Gewicht des Zwischenstückes
vorgesehen, wobei zwischen dem Zwischenstück und den Wellen jeweils mit einem Wellenflansch
fest verbundene Hilfskuppelglieder angeordnet sind, die in gegenüber dem Zwischenstück
um 90° versetzte Geradführungen des Hilfszwischenstückes eingreifen. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die selbsttätige Auswuchtung dynamisch erfolgt. Hierfür sind in zwei
zueinander senkrechten Geradführungen des Schwebegliedes einander gleiche Massen
frei beweglich angeordnet und in Längsrichtung federnd abgestützt, wobei die mit
den Kuppelgliedem eingreifenden Geradführungen als Geradführungen der frei beweglichen
Massen dienen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert, die verschiedene
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen beweglichen Wellenkupplung darstellen.
Dabei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt. eines Ausführungsbeispiels, F i g. 2 eine
Seitenansicht zur F i g. 1, F i g. 3 das perspektivische Bild eines Schwebegliedes,
F i g. 4 einen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels, F i g. 5 eine Vorderansicht
zur F i g. 4, F i g. 6 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels, zum
Teil im Schnitt, F i g. 7 einen Querschnitt zur F i g. 6, F i g. 8 ein perspektivisches
Bild einer Einzelheit, F i g. 9 einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels,
F i g.10 ein fünftes Ausführungsbeispiel.
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Gleiche Bezugszeichen weisen in den Zeichnungen auf ähnliche Einzelheiten
hin.
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In der Zeichnung bezeichnen 20 eine Antriebswelle und 21 eine Abtriebswelle,
die im Betrieb auch außenmittig gegeneinander sein können, aber in der Zeichnung
in gleichmittiger Lage dargestellt sind. Zwischen den Wellen 20; 21 ist ein Schwebeglied
22 vorgesehen, dessen Einzelheiten aus F i g. 3 hervorgehen. Es ist ersichtlich,
daß das Schwebeglied 22 mit je einer der Wellen 20 bzw. 21 zugekehrten und zueinander
senkrecht stehenden geraden Führungsnuten 23 bzw. 24 versehen ist. Mit diesen geraden
Führungsnuten 23 bzw. 24 (kurz Geradführung genannt) bzw. -mit deren seitlichen
Führungsleisten greift je ein Kuppelglied 26 bzw. 27 ein, die in Längsrichtung 30
bzw. 31 verschiebbar und in Querrichtung 32 bzw. 33 verschwenkbar an die geraden
Führungsnuten 23 bzw. 24 angeschlossen sind, wie dies aus den in F i g. 3 eingezeichneten
Doppelpfeilen hervorgeht. F i g. 1 zeigt, daß die Kuppelglieder 26 bzw. 27 auf je
einer der Wellen 20 bzw. 21 sitzen und mit ihnen drehfest verbunden sind.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich, weist das Kuppelglied 27 zwei Zapfen
35, 36 auf, die einander diametral
gegenüber liegen und beim dargestellten
Ausführungsbeispiel je ein Einstellager oder Einstellrollen 37 bzw. 38 tragen, die
durch die Geradführung 23 geführt sind. Eine ähnliche Ausbildung hat auch das Kuppelglied
26, dessen in F i g. 1 sichtbarer Zapfen mit 40 bezeichnet und mit einem Einstelllager
41 versehen ist.
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Die dargestellte Ausführungsform der Wellenkupplung gemäß F i g. 1
bis 3 arbeitet wie folgt: Läuft die Antriebswelle 20 um, dann dreht sich auch das
Kuppelglied 26, das mit der Welle 20 drehfest verbunden ist. Der Zapfen 40 greift
dabei mittels des an ihm angeordneten Einstellagers 41 in die Geradführung 24 des
Schwebegliedes 22 ein, das in ähnlicher Weise auch mit dem vor der Zeichnungsebene
liegenden anderen Zapfen bzw. dessen Einstellager des Kuppelgliedes 26 in Verbindung
steht. Das Drehmoment der Antriebswelle 20 wird auf diese Weise auf das Kuppelglied
26 und von dem auf das Schwebeglied 22 übertragen. Auf der anderen Seite des Schwebegliedes
22 besteht eine ähnliche mechanische Kette 38, 37, 36, 35, 27, 21, wodurch das Drehmoment
vom Schwebeglied 22 an die Abtriebswelle 21 weitergeleitet wird.
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Wenn die Wellen 20, 21 außermittig werden und z. B. zueinander parallele
Lagen einnehmen, verschieben sich auch die Kuppelglieder 26 bzw. 27 in den Geradführungen
23 bzw. 24 in je einer Richtung der Doppelpfeile 30 bzw. 31 (F i g. 3), wobei dann
die Zapfen 35, 36 bzw. das Zapfenpaar 40 zur axialen Mittellinie 42 des Schwebegliedes
22 asymmetrische Lagen einnehmen, ohne daß die übertragung des Drehmomentes aufhören
würde, und die Winkelgeschwindigkeit der Wellen 20, 21 ist in jedem Moment gleich.
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Wenn die Wellen 20, 21 aus einer gleichmittigen Lage gemäß F i g.
1 in eine sich kreuzende Lage übergehen, so bedeutet dies, daß die Kuppelglieder
26, 27 im Sinne der Doppelpfeile 32 und/oder 33 verschwenkt werden, wobei aber die
übertragung des Drehmomentes ohne Zwangkräfte weitergeht.
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Wenn beide Fälle gleichzeitig vorkommen, treten keine Zwangkräfte
auf, obzwar die Winkelgeschwindigkeit der Wellen sich innerhalb einer Umdrehung
ändert.
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F i g. 4 und 5 stellen eine Ausführungsform dar, wo das kreisende
Schwebeglied durch eine kinematische Kette selbsttätig ausgewuchtet wird. Zwischen
den beiden Kuppelgliedern innerhalb des in der Mitte mit einer Öffnung versehenen
Schwebegliedes wird ein Hilfsschwebeglied vorgesehen, das derart angeordnet ist,
daß seine Außermittigkeit jener des Schwebegliedes jeweils entgegengesetzt ist.
Konstruktionsmäßig bedeutet dies, daß zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle
das Hilfsschwebeglied vom Gewicht des Schwebegliedes, während zwischen Hilfsschwebeglied
und Antriebswelle bzw. Abtriebswelle je ein mit der einen Welle fest verbundenes
bzw. an der anderen Welle frei laufend angeordnetes Hilfskuppelglied mit zu der
auf derselben Seite liegenden geraden Nutenführung (kurz Geradführung genannt) des
Schwebegliedes senkrecht stehender Geradführungen vorgesehen ist, wobei die Hilfskuppelglieder
in Längsrichtung verschiebbar und in Querrichtung verschwenkbar mit den ihnen zugeordneten
Geradführungen des Hilfsschwebegliedes eingreifen.
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Das Schwebeglied 22 hat eine innere Ausnehmung 43, innerhalb welcher
ein Hilfsschwebeglied 45 mit auf je einer Stirnseite ebenfalls zueinander senkrecht
stehenden Geradführungen 46 und 47 angeordnet ist. Diese schließen mit den auf derselben
Seite der Wellenkupplung liegenden Geradführungen 23 bzw. 24 des Schwebegliedes
22 jeweils einen rechten Winkel ein, wie dies aus F i g. 5 ersichtlich ist, und
greifen mit den bereits erwähnten Hilfskuppelgliedern ein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das eine Hilfskuppelglied mit dem Kuppelglied 26 in einem Stück ausgebildet,
wobei die das Hilfskuppelglied bildenden Teile des Kuppelgliedes 26 mit 26 a bzw.
26 b bezeichnet sind und Zapfen 51 bzw. 52 mit Einstellagern 53 bzw. 54 tragen,
die in der Geradführung 47 laufen. Somit läuft das Hilfskuppelglied 26 a, 26 b mit
dem Kuppelglied 26 und auf diese Weise mit der Antriebswelle 20 um. Auf der anderen
Seite des Hilfsschwebegliedes 45, d. h. auf der in F i g. 4 rechten Seite desselben,
ist das Hilfskuppelglied mit 56 bezeichnet und am Kuppelglied 27 frei laufend angeordnet.
Dieses Hilfskuppelglied 56 greift mit der der Abtriebswelle 21 zugekehrten Geradführung
46 des Hilfsschwebegliedes 45 ebenfalls mittels Einstellager ein, deren eines in
F i g. 4 mit 58 und deren anderes in F i g. 5 mit 59 bezeichnet ist.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im Wesen der Wirkungsweise
des vorherigen Ausführungsbeispiels gleich, indem auch das Hilfsschwebeglied 45
sich auf die Art des Schwebegliedes 22 bewegt, zu dem es aber in der Phase verschoben
ist. Eben durch diese Phasenverschiebung werden aber asymmetrische Massenwirkungen
ausgeglichen.
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F i g. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform, wo die selbsttätige Auswuchtung
dynamisch erreicht wird. Das Hilfsschwebeglied wird hier durch in zueinander senkrechten
Geradführungen des Schwebegliedes 22 frei beweglich angeordnete, einander gleiche
Massen 60 bzw. 61 ersetzt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die mit
den Kuppelgliedern 26 bzw. 27 eingreifenden Geradführungen 23 bzw. 24 des Schwebegliedes
22 als Geradführungen der frei beweglichen Massen 60 bzw. 61. Die Massen 60 bzw.
61 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch paarweise angeordnete Federn
62 a, 62 b bzw. 63 a, 63 b abgestützt, die sich ihrerseits auf in den Geradführungen
23 bzw. 24 angebrachten Unterlagen 65 a
bzw. 66 a, 66 b abstützen.
Von diesen Unterlagen ist eine in der Geradführung 23 mit 65 a bezeichnet.
Die beiden Unterlagen in der Geradführung 24 führen die Bezugszeichen 66
a bzw. 66 b. Diese Abstützung durch Federn ermöglicht die, statische
Auswuchtung des Schwebegliedes 22, so daß beim Umlaufen der Wellen 20 und 21 praktisch
nur die Massenkräfte der Massen 60 bzw. 61 wirksam werden. Die gegenseitige Beweglichkeit
dieser Massen 60 und 61 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf die aus F
i g. 8 ersichtliche Weise gesichert.
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F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich vom Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. 6 bis 8 darin unterscheidet, daß anstatt in den Geradführungen 23 bzw.
24 frei beweglich geführter Massen 60 bzw. 61 in jeder Richtung
zwei Massen 60 a, 60 b bzw. 61 a,
61 b vorgesehen und an zwei
einander entgegengesetzten Seiten durch paarweise angeordnete Federn abgestützt
sind. Diese Federn der frei beweglichen Masse 60 a sind mit 67 a und
67 b bezeichnet. Wie ersichtlich, sind auch die Geradführungen in je zwei
Teile
23 a, 23 b bzw. 24 a, 24 b unterteilt. Die Rollen bzw. Einstellager, mittels welcher
das Schwebeglied 22 mit den Kuppelgliedern 26, 27 eingreift, sind in F i g. 9 einfachheitshalber
nicht dargestellt.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 9 entspricht
im Wesen der Wirkungsweise des an Hand der F i g. 6 bis 8 erörterten Ausführungsbeispiels.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bis 3 sind prismatische Geradführungen
23, 24 mit im Wesen rechteckigem Querschnitt beschrieben worden. Um die quergerichtete
Schwenkbarkeit der Kuppelglieder 26 bzw. 27 zu sichern, sind dort Einstellager oder
Einstellrollen 37,38 usw. verwendet worden. Es ist aber auch möglich, anstatt
einer prismatischen Geradführung von Kreiszylinder auszubilden. In diesem Fall können
steife Rollenlager oder Rollen mit entsprechenden Laufflächen angewendet werden
(F i g. 10).
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der beweglichen Wellenkupplung
gestatten eine gegenseitige Bewegung lediglich in Querrichtung der gekuppelten Wellen
bzw. eine gegenseitige Verschwenkung derselben. Ist eine gegenseitige Bewegungsmöglichkeit
auch in Längsrichtung erforderlich, dann müssen die beiden Wellen in axialer Richtung
gegeneinander verschiebbar sein. Dies kann z. B, dadurch erreicht werden, daß das
Kuppelglied drehfest, aber längsverschiebbar an der ihm zugeordneten Welle angebracht
ist. Es ist aber auch möglich, einen Zapfen im Kuppelglied in Längsrichtung gleiten
zu lassen. In gleicher Weise ist es möglich, eine Rolle an ihren Zapfen .längsverschiebbar
anzubringen.