-
Selbsttätige Kupplung. Für die "Zuverlässigkeit des Arbeitsspieles
selbsttätiger Kupplungen nach dem Patente 380277 ist es von Wichtigkeit,
eine die Kupplung selbsttätig ausrückende Kraft von möglichst großer Höhe in der
Kupplung zur Verfügung zu haben. Wenn nun die ausrückende Kraft so zur Äußerung
gelangt, dalä eine in der Kupplung vorgesehene, lediglich durch Fliehkraftwirkung
gespannte Feder das Ausrücken vollzieht, dann, ist es insbesondere bei Kupplungen
mit kleinen äußeren :'bmessungen und für geringere Drehzahlen nicht immer möglich,
ausrückende Kräfte zu erhalten, welche die den kuppelnden Eingriff herstellenden
Konstruktionsglieder aus ihrer Eingriffsstellung mit Sicherheit zurückzuholen in
der Lage sind. Je bedeutender dabei die Drehmomente sind, die von der Kupplung zu.
bewältigen sind, desto mehr werden die zur Verfügung stehenden Fliehkräfte an übergewicht
gegenüber denjenigen Kraftwirkungen verlieren, welche die kuppelnden Glieder ihrer
Zurückbewegung entgegensetzen, und desto mehr ist die Gefahr des Versagens gegeben.
-
Es ist nun Gegenstand der vorliegenden, Erfindung, das gesamte Arbeitsspiel
der selbsttätigen Kupplung in hohem Maße unabhängig von diesen einschränkenden Zusammenhängen
so auszugestalten, daß die entkuppelnden Kräfte auf andere und ausgiebigere Weise
hergeleitet werden. Dies geschieht dadurch, daß diese aus den Beschleunigungskräften
oder
Bewegungswiderständen des Anfahrvorganges der antreibenden Kupplungshälfte bzw.
der Kraftäußerung der geschlossenen Kupplung hervorgebracht werden, wobei sich das
Einrücken unter Wirkung einer von vornherein in der Kupplung bestehenden Kraft vollziehen
kann.
-
Die Einrichtung und Wirkungsweise einer solchen Kupplung ist hier
bei#pielsweise an einer stehenden Kegelreibungskupplung gezeigt.
-
Da bei dieser die Achse vertikal steht, ist es natürlich, daß die
von dir antreibenden Konusfläche zu übertragende größte Kraft auf die anzutreibende
Konusfläche von vornherein durch die unveränderte Gewichtsgröße der antreibenden
Kupplungshälfte festgesetzt ist.
-
Die Zeichnung bringt die Kupplung in drei Abbildungen zur Anschauung.
-
Abb. t bringt zwei teilweise Vertikalschnitte, die durch die Rotationsachse
geführt sind, Abb. 2 zwei Horizontalschnitte, im oberen Teile gemäß A-B der Abb.
i und in ihrer unteren Hälfte nach C-D, und zwar letzterer, wenn die Kupplung in
ihrer Achsrichtung von unten betrachtet wird.
-
Abb. 3 endlich stellt eine Einzelheit der Sperrvorrichtung im Schnitt
nach der vorerwähnten Weise, auch von unten betrachte',, dar. Der einen Innenkonus
tragende Teil R verkörpert die anzutreibende Kupplungshälfte; die antreibende Hälfte
wird von einem Konus L gebildet, der auf die Motorwe'le W
mittels einer
Hülse M aufgeschoben wird. Die Welle W trägt einen Bund B und ist unterhalb desselben
stärker gehalten als oberhalb des Bundes. Zwei radial in diesem Bunde eingeführte
Ausnehmungen E dienen zum Mitnehmen der Hülse M, die an ihrem unteren Etlde zwei
abgestufte Zapfen N aufweist, welche in die radialen Schlitze E des Bundes B von
oben her hineinragen. Die obere breitere Hälfte der Zapfen N paßt genau in die Ausnehmungen
E des Wellenbundes D, die untere Hälfte ist beiderseits um den Winkel Q am Umfange
schmäler gehalten. Oberhalb dieser Zapfen N ist ein am unteren Teile des Außenumfanges
der Hülse M hervortretender Bund mit seiner nach oben abgesetzten Stirnseite G nach
Stücken von Schraubenflächen mit wechselndem Steigungssinne derart wellenförmig
geformt, daß zwei Berge und zwei Täler entstehen.
-
Über die Hülse M ist der Flansch I( geschoben, der an seiner
Innenseite zwei den Tälern entsprechende Nasen T aufwei::t. An der Oberseite des
Flansches I( sitzt die Feder F auf, welche den eigentlichen Kupplungskonus L trägt.
Durch einen auf die oben aus dem Konusteil L herausragende Hülse M aufgeschobenen
Bundring J wird dieselbe durch die Feder F und den Konus L im Flansche I(
so weit hochgezogen, bis ihre wellenförmige Stirnfläche G an den Flaiischennasen
T zum Anliegen kommt.
-
Die obere Seite von L ist nach einem stumpfen Kegelmantel bearbeitet.
In dieser Ausdrehung liegen Kugeln H, auf welchen eine in 'der Mitte entsprechend
dem oberen Durchmesser der Welle W durchbohrte, ebene Platte C ruht, die durch drei
Bolzen V, welche durch den Konusteil L durchgeführt, derart mit dem Flansche 1(
verschraubt sind, daß diese drei Teile die gleiche Drehbewegung vollziehen müssen,
der Teil L sich aber gegen die Teile I( und C achsial verschieben kann.
-
Im Ruhezustande der Kupplung ruht der Flansch I( mit seiner Unterseite
U auf dem Wellenbunde B auf, die Feder F hat den Kupplungskonus L entgehen
seinem Gewichte hochgedrückt, durch den Bundring J die Hülse M derart hochgezogen,
dal.i die Flanschnasen T in die Täler der Stirnfläche G der Hülse M zu liegen kommen.
Die Hülse M ist aber dadurch derart hochgezogen, daß die Stufen S ihrer Nasen N
ganz wenig oberhalb der Kanten Z zu lie-gen kommen, welche zwischen der oberen,
senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Stirnfläche des Wellenbundes B einerseits
und den in achsialen Ebenen liegenden Seitenflankenpaaren jeder der Ausnehmungen
E andererseits gebildet werden. Gleichzeitig liegen die Kugeln I( innen in der tiefsten
Stele der kegeligen Ausdehnung von L.
-
Beim Anfahren der Motorwelle W in beliebiger Drehrichfung, z. B. nach
dem in Abb. i eingezeichneten Pfeile werden die gesamten, auf die antreibende Welle
IV aufgeschobenen Kupplungsteile infolge ihres Massenträgheitsmomentes um die Achse
zurückbleiben; die Kanten Z mit ihren zugehörigen, jeweils im Drehsinne zurückliegenden:
Seitenflanken der Bundausnehmungen F_ werden sich gegen die ebenfalls jeweils im
Drehsinne zurückliegenden, in achsialen Ebenen verlaufenden Seitenflanken des schmäleien
Teiles der Zapfen \ legen und dann die Hülse M mitnehmen (s. Abb. 3).
-
Bei der weiteren Beschleunigung wird sich nun die Welle W mit der
Hülse M in den vermöge der Trägheit zunächst noch stehenden und auch fernerhin in
der Bewegung noch zurückbleibenden Kupplungsteilen L, K, V und C drehen; dadurch
wird der Flansch L( durch seine lasen T die Hülse M entgegen der Wirkung
der Feder F so weit herunterziehen, bis die Stufen S der Hülsenzapfen N von oben
her an den Bundkanten Z zum Anliegen kommen, so daß von nun an das ganze Gewicht
der über die Welle W gescliobenen
Teile der antreibenden Kupplungshälfte
hier aufruht.
-
Mit der fortdauernden Anfahrbeschleunigung wird der Flansch I( vermöge
des Massenträgheitsmomentes der über die Hülse M geschobenen Teile durch seine Nasen
T an der wellenförmigen Stirnfläche G hochgezogen, so daß sich seine Unterkante
U vom Bunde B immer weiter entfernt. Dabei wird die Feder F zusammengedrückt. Diese
Bewegung findet ihre Begrenzung mit dem Aufruhen der -oberen Stirnfläche des Flansches
I( auf der unteren, innenliegenden Stirnfläche des Reibkegels L. Die Kugeln
H fliegen infolge ihrer Fliehkraft nach außen, unterstützen das Hochziehen
des Flansches I( und das Spannen der Feder F und wirken auf letztere sperrend, so
daß nach dem Aufhören der Anfahrbeschleunigung die erzeugte Federkraft erhalten
bleibt. Auf diese Weise wird die so erzeugte, zur Ausrückung dienende Kraftwirkung
bereitgestellt, um- zu einem beliebigen späteren Zeitpunkte Verwendung zu finden.
Ist der Anfahrvorgang beendet und wird die Motorwicklung umgeschaltet, so tritt
der bekannte, auch sonst auf beliebige Weise erzeugbä.re Massenstoß ein. Durch die
Verzögerung der Motorwelle W werden die Stufen S der Nasen N von den Bundkanten
Z abrutschen, weil das in seinem Gewichte dort abgestützte System wegen seines Beharrungsvermögens
zunächst praktisch unverzögert weitereilt; die Innenteile der Kupplung fallen infolge
ihres Gewichtes herunter, so daß die breiteren Teile der Zapfen N auch in die Ausnehmungen
des Wellenbundes B kommen und gleichzeitig die Kegelflächen des treibenden Teiles
L in die Kegelflächen des getriebenen Teiles I2 durch das Gewicht sämtlicher Kupplungsteile
achsial eingepreßt werden. Das Drehmoment der so geschlossenen Kupplung wird an
den Seitenflanken der Ausnehmungen E der Welle W vermittels des breiten Teiles
der Zapfen N auf die Hülse M
übertragen, von hier über die Schrägflächen
G an den in seiner Bewegung nach oben begrenzten Flansch I( und somit über die Bolzen
V an den antreibenden Konus L.
-
Nach dem Abschalten des Motors wird die Motorwelle ihre Drehzahl verringern,
die Kugeln H werden infolge ihrer verschwindenden Fliehkraft nach ihrer ursprünglichen
Innenlage zurückkehren, die Kraft der Feder F wird dadurch freigegeben und zuerst
den Flansch I( nach unten drücken, bis er mit seiner unteren Stirnfläche U am Wellenbunde
B aufsitzt, und dann den Innenkonus L hochdrücken, mithin die Kupplung lösen. So
wird die in der Zeit vor dem Stillsetzen der Kupplung eigens geschaffene und bis
zu diesem Augenblick bereitgehaltene, ausrückende Kraft ihrer Aufgabe übergeben.
-
Es bleibt unbenommen, die entkuppelnde Kraftwirkung, wie sie aus dem
Zusammenwirken der Fliehkraft der Kugeln H mit dem Massenträgheitsmoment beim Anfahren
erzeugt wurde, auch durch die Fliehkraftwirkung, z. B. der Kugeln H, allein hervorzubringen.
-
Anstatt ferner die ausrückende Kraft ausschließlich zeitlich vor dem
Einrücken der Kupplung voll zu erzeugen und aufzuspeichern, läßt sich diese auch
nach erfolgtem Einrücken noch ergänzen. Dies wird an dem vorliegenden Konstruktionsbeispiele
dann verwirklicht, wenn das Spannen der Feder F bzw. das Hochschrauben der unteren
Stirnfläche U des Flansches K während des Anfahrens nicht bis zur Hubbegrenzung
des Flansches I( an der unteren, inneren Stirnfläche des Reibkegels L fortschreitet,
sondern -etwa durch entsprechende Bemessung des Gusanrnmenhanges zwischen der Größe
der Anfahrbeschleunigung und der damit erzeugten Federkraft - nur insoweit, daß
die Erhebung der unteren Flanschfläche U über den Bund B
eben ausreicht,
im Augenblicke des Einrückens des Kegels L bis zum tragenden Aufliegen in dem anzutreibenden
Konus I2 nach unten fallen ,zu lassen. Mit denn Drehmomente der so geschlossenen
Kupplung wird dann der Rest des Hubes des Flansches I( unter weiterer- Spannung
der Feder zurückgelegt und somit die ausrückende Kraft ergänzt. Damit ist auch im
Augenblicke des Einrückens durch den so zurückzulegenden Federweg ein sehr erwünschtes,
die mechanischen Beanspruchungen günstig beeinflussendes n-.chgiebiges Zwischenglied
geschaffen.
-
Es läßt sich in diesem Zusammenhange naturgemäß auch dazu übergehen,
den Schwerpunkt der Erzeugung der ausrückenden Kraft, unter Verzicht auf eine Anwendung
der Massenkräfte der AnfahrbeschleiInigung, überhaupt nur auf die Kraftäußerung
des Drehmomentes der eingerückten Kupplung zu legen.
-
Würde die Kraft der Feder F im Stillstande nicht voll ausreichen,
die Kupplung gelöst zu halten, dann würde beim Anfahren der Welle W dadurch, daß
der stillstehende Konus R der noch geschlossenen Kupplung, den antreibenden Konus
L festhält, die Trägheitswirkung es letzteren unterstützt und eine relative Drehung
von L gegenüber M hervorgebracht werden. Das Zusammendrücken der Feder F wird also
unter teilweiser Beteiligung des Bewegungswiderstandes der anzutreibenden Kupplungshälfte
erfolgen. Es ist in allen Fäl'-en selbstverständlich auch ohne
weiteres
gegeben, die Federspannung aus mehreren vollen Relativdrehungen zu erzeugen.
-
Es ist nicht notwendig, daß die während eines Arbeitsspieles der Kupplung
erzeugte ausrückende Kraft durch solche Maßnahmen durch die Wirkung der Fliehkraft
aufrechterhalten oder gesperrt wird, welche gleichzeitig an der Krafterzeugung unmittelbar
teilnehmen. Die hier als Beispiel gebrachten Fliehkugeln H mit ihrer Klemmwirkung
an den schrägen Flächen lassen sich durch Sperreinrichtungen in Gestalt von unter
der Fliehkraftwirkung einfallenden Klinken u. dgl. Maßnahmen leicht so ersetzen,
daß eine Kraftäußerung im Sinne eines Beitrages zur Spannung der Feder F bzw. eines
Beitrages zur Erzeugung der ausrückenden Kraft vermieden bleibt.
-
Umgekehrt lassen sich natürlich auch Maßnahmen so treffen, daß die
Fliehkraft vornehmlich für die Erzeugung der ausrückenden Kraft dient und auch unter
Verzicht auf die Wirkung der Massenbeschleunigung arbeitet.
-
Das Arbeitsspiel der an Hand des Beispieles beschriebenen Kupplung,
welches gemäß der Aufgabe des selbsttätigen Einrückens und des selbsttätigen Lösens,
welche derartige automatische Kupplungen zu erfüllen haben, sowohl den Vorgang des
Einrückens als auch den des Ausrückens umfaßt, läuft so ab, daß eine dauernd in
der Kupplung vorgesehene, schließlich zum Eingriff der kuppelnden Glieder führende
Kraft zum Zwecke des Ausrückens von der zur Auswirkung gebrachten ausrückenden Kraft
überwältigt wird. Anstatt die im allgemeinen unverändert bestehende einrückende
Kraft durch die Schwerkraft hervorzubringen, läßt sich diese naturgemäß ohne weiteres
durch jede beliebige sonstige Kraft unterstützen oder ersetzen oder auch bei jedem
Arbeitsspiele von neuem erzeugen.
-
Anstatt als Konuskupplung kann jede beliebige Mitnehmereinrichtung
zur Anwendung kommen; ebenso läßt sich die Kupplung mit jedem beliebigen, kraftübertragenden
Maschinenteil ausgestalten.