DE643373C - Federnde Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine federnde Kupplung, bei der die Mitnahme des einen Kupplungsteiles durch den anderen über Wälzkörper erfolgt, die in exzentrisch zu ihrem Querschnittskreise verlaufenden, mit ihren offenen Seiten einander paarweise gegenüberstehenden Ausbuchtungen der Kupplungsteile liegen und die, in den Ausbuchtungen rollend, im wesentlichen radial auf mit ihnen in Eingriff stehende wellenförmig gestaltete federnde Ringe einwirken. Nach einem be-■ kannten Vorschlag soll die Kupplung der vorstehend genannten Art so ausgeführt sein, daß bei Verwendung von Kugeln als Wälzkörper die inneren Ausbuchtungen für diese außehseitig des zur Anwendung kommenden Federringes in den Scheitelpunkten der Federringwellen angeordnet sind, wobei die zugehörigen Ausbuchtungen innenseitig in dem einen Kupplungsteil vorgesehen sind.

Kupplungen dieser Ausbildung sind unvollkommen; sie gestatten keinen großen Verdrehungswinkel und neigen vor allem zu den schädlichen Eigenschwingungen. Die grundsätzliche Wirkungsart dieser bekannten Kupplung besteht darin, daß die Verdrehung der Kupplung Zug- und Druckkräfte in dem Federring auslöst, die naturgemäß den größten Drehungsausschlag nur gering halten.

Demgegenüber wirken bei der erfindungsgemäßen Kupplung Biegungskräfte, was dadurch erreicht wird, daß die Wellentäler der vorzugsweise aus mehreren aufeinanderliegenden Metallstreifen.bestehenden zweiteilig ausgebildeten Federringe eine Seite der die Wälzkörper aufnehmenden, einander paarweise gegenüberstehenden Ausbuchtungen bilden. Von den Wälzkörpern wirken also abwechselnd von innen und von außen die Biegungskräfte auf den Federring ein, so daß die Erzielung des wiederholt genannten großen Winkelausschlages der Kupplung gesichert ist. Die andersartigen bekannten federnden Kupplungen bringen wegen der proportional mit dem Vergrößern des Drehwinkels ansteigenden Drehmomentskurve Schwingungen in die Kupplung, die zu vermeiden angestrebt werden muß.

Bei der Erfindung können die metallisch gehaltenen Wälzkörper in den äußeren und inneren als Rollbahnen dienenden Ausbuchtungen des Federringes und in Ausbuchtungen der beiden Kupplungsteile liegen, wobei eine besondere Ausbildung darin besteht, daß zwei oder mehrere Federringe konzentrisch zueinander angeordnet sind und daß in den einander zugekehrten Ausbuchtungen der Federringe weitere Wälzkörper liegen.

Eine besonders einfache Gestaltung der Kupplung ist die, daß der gewellte Federring selbst den einen Kupplungsteil bildet. Die Bauart kommt bei leichteren Ausführungen in Betracht; sie gestattet eine schnelle Auswechslung des federnden Kupplungsteiles und ist der freien Zugänglichkeit des letzteren wegen schnell und sicher auf seinen Betriebszustand zu untersuchen.

Um das Ausmaß der größten Verdrehung

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der Kupplungsteile gegeneinander in Anpassung an die zulässige Biegungsbeanspruchung des Federringes vor Erreichung der Bruch···; grenzen des Werkstoffes von vornherein fest.-' zulegen, können erfindungsgemäß die Ver/ hältnisse so getroffen werden, daß die inriS Mantelfläche des äußeren und die äußere Mantelliäche des inneren Kupplungsteiles den sich ausbiegenden Teilen des Federringes als ίο Anlage dienen. Die Verdrehung wird also durch Anlegen dieser Federringteile an die genannten Mantelflächen der Kupplungsteile elastisch begrenzt.

Schließlich sei noch hervorgehoben, daß eine vereinfachte Konstruktion darin gesehen wird, daß die eine der gekuppelten Wellen selbst mit den Ausbuchtungen für die Wälzkörper versehen ist. Hierdurch wird eine besonders aufzuziehende Büchse überflüssig. In der Zeichnung sind die oben besprochenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung schematisch dargestellt.

Die miteinander gekuppelten Wellen sind in allen Abbildungen mit 1 bzw. mit 1 und 4 bezeichnet. Dabei sind die die federnde Verbindung herstellenden Teile (Federring und Wälzkörper ι mit 7, 8 und 9 angedeutet. Dieser in Abb. 2 aus zwei Hälften bestehende Federring ist mehrlagig und über seinen ganzen Umfang gewellt gehalten, wobei in allen Fällen die Wellentäler als Ausbuchtungen zur Einlagerung der zylindrischen Wälzkörper 8 und 9 dienen. Außer in diesen Wellentälern der Federringe 7 ruhen die Wälzkörper in mit den gekuppelten Wellen fest verbundenen Büchsen oder auch, wie dies die Abb. 4 erkennen läßt, in Ausbuchtungen der einen Welle selbst. Diese Ausbuchtungen sind in Abb. 2 mit 12 bezeichnet. Bei der Ausführung nach den Abb. 1 und 2 ist mit der treibenden Welle 1 die Büchse 2 vermittels eines Keiles 3 fest verbunden, und vermittels eines Keiles 6 ist die Büchse 5 mit der getriebenen Welle 4 fest verbunden. Zu den beiden Büchsen 2 und 5 gehört je eine Federung, die in einer Ebene rechtwinklig zur Kupplungsachse angeordnet ist. Die zweiteiligen und mehrlagigen Ringe 7 bestehen aus Federbandstahl. Es sind hier zwei RoIlkränze S und 9 vorgesehen. Die Rollen 8 liegen in den äußeren Buchten des Wellenringes 7 und die Rollen 9 in den inneren Buchten des Ringes, wobei sie parallel zur Kupplungswelle verlaufen. Die beiden Federungsgruppen werden von einer gemeinsamen Kupplungshülse 10 umschlossen, auf deren Innendurchmesser sich an beiden Enden gleichmäßig am Umfang verteilte Ausbuchtungen 11 befinden, in welche die Rollen 8 eingelassen sind. Auch auf dem l'mfang der Büchsen 2 und 5 sind ebensolche Aus

buchtungen 12 zur Aufnahme der Rollen 9 vorhanden. Der Radius der Ausbuchtungen und 12 ist größer als der Radius der 'Ilen 8 und 9. Die Berührungslinien der Ilen 8 und 9 mit dem Federbandring 7 erseits und in den Ausbuchtungen 11 und 12 andererseits liegen bei unbelasteter Kupplung in einer durch die Kupplungsachse und die Mitte der Rollen gehenden Ebene. Durch die beiden ringförmigen Abschlußscheiben 13 und 14 wird die axiale Verschiebung der Rollen 8 in den Ausbuchtungen 11 sowie diejenige der gewellten Ringe 7 verhindert.

Wirkt auf die Kupplung ein Drehmoment, beispielsweise im Rechtsdrehsinn, wie in Abb. 2 angedeutet, so werden die Rollen 9 durch die kreisförmigen Flanken der Ausbuchtung 12 nach außen, die Rollen 8 in ähnlicher Weise nach innen verschoben. Die Rollen walzen sich dabei ohne Gleiten, also unter Vermeidung von Abnutzung auf den Flanken der Ausbuchtungen 11 und 12 bzw. auf dem Federring ab. Dabei entstehen gegeneinandergerichtete Kräfte, die in Abb. 2 eingetragen sind. Die Hauptkomponente in radialer Richtung wirken als Biegungskräfte auf den Ring 7. Die Summe der kleinen Einzelkräfte in tangentialer Richtung ergibt die Umfangskraft. Der von den Rollenmittelpunkten in Umfangsrichtung zurückgelegte Weg ist ein Vielfaches des radialen Weges, ein Vielfaches also der Federdurchbiegung. Durch Änderung des Radius der Ausbuchtungen und durch geringe Änderung der Dicke des Wellenringes kann der Verdrehungswinkel innerhalb weiter Grenzen den Betriebsverhältnissen angepaßt werden.

Bei aperiodisch sich änderndem Drehmoment könnte ein Federring 7 mit nur einer Federlage verwendet werden. Bei periodischer Anderling des Drehmoments wird er, wie in Abb. 1 und 2 dargestellt, aus mehreren Lagen zusammengesetzt. Die bei der Durchbiegung eintretende Verschiebung zwischen einzelnen Federlagen erzeugt die zur Dämpfung von Schwingungen nötige Reibungskraft. Die dämpfende Wirkung ist im vorliegenden Fall besonders kräftig, da die Reibung längs des ganzen Umfangs und nicht, wie beispiclswcise bei Blattfederkupplungen, nur an den Federenden entsteht. Zwecks freier Ausdehnung ist der Ring 7, wie aus der Abb. 2 ersichtlich, zweiteilig ausgeführt.

Zur Vermeidung von Eigenschwingungen, die besonders gefährlich werden können, wenn ihre Schwingungszahl mit der Betriebsdrehzahl zusammenfällt, besitzen die Ausbuchtungen 11 und 12 kreisförmige Flanken. Dadurch wird erreicht, daß die Änderung des Drehmoments nicht proportional dem Verdrehungswinkel erfolgt, so daß jedem Ver-

drehungswinkel eine andere Schwingungszahl entspricht. Ein Aufschaukeln der Schwingungen ist daher unmöglich.

Ein wichtiges Merkmal der Kupplung ist die radiale Richtung der Hauptkräfte, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind. Auf diese Weise lassen sich die Federungsgruppen auf den geringsten Raum beschränken, da kein toter Raum auf dem ganzen Umfang

ίο auftritt. Die gleichmäßige Verteilung der Kräfte am Umfang gestattet, die Büchsen 2 und 5 sowie die Kupplungshülse io aus Rohrabschnitten auf einfachste und billigste Weise herzustellen und ihre Beanspruchung in statisch bestimmter Weise zu berechnen.

In sehr einfacher Weise kann die Federung bei allen Kupplungen mit gewelltem Federring gegen die Folgen ungewöhnlich hoher stoßweiser Belastung gesichert werden.

Zum Zwecke der Begrenzung der Höchstbeanspruchung der Feder wird der Außendurchmesser der Nabe und der Innendurchmesser der Kupplungshülse so bemessen, daß die Wellen des Federringes sich bei einem bestimmten Drehmoment an die genannten Durchmesser in den mit 13 bezeichneten Punkten anlegen. Vom Augenblick des Anliegens der Feder steigt die Federkraft rascher als vorher, ohne daß ihre Beanspruchung den zulässigen Wert übersteigt, so daß das Biegungsmoment infolge Verkürzung des Hebelarmes durch den neuen Auflagepunkt wesentlich verringert wird. Gegenüber anderen Kupplungen bietet die vorbeschriebene den Vorteil, daß sie auch bei den höchsten Drehmomenten noch federnd bleibt, während bei Begrenzung des Höchstmomentes durch feste Ausschläge, die bei den meisten üblichen Kupplungen, angewendet werden, ein Bruch an irgendeinem Maschinenteil zu befürchten ist. Wird ein ungewöhnlich großer Verdrehungswinkel nötig, so kann jede Federungs-. gruppe aus zwei oder mehreren ineinander liegenden Wellenringen bestehen, wie in Abb. 3 beispielsweise für zwei Wellenringe dargestellt. Bei sehr starker Beschränkung des Durchmessers der Kupplung können die Ausbuchtungen 12 für die innere Rollenreihe unmittelbar in der Welle angebracht werden. Außerdem lassen sich die radialen Abmessungen der einzelnen Kupplungsteile durch Anwendung mehrerer nebeneinanderliegender Federungsgruppen verringern. Eine Kupplung dieser Art zeigt Abb. 4.

In allen Fällen, wo größte Einfachheit der Herstellungsweise verlangt wird, kann der Federring gleichzeitig als Kupplungshülse verwendet werden, wie in Abb. 5 dargestellt.

Bei einwandfreien Fluchten der zu verbindenden Wellen können alle vorbeschriebenen Kupplungen auch mit einer Federung, die sich nur auf einer der beiden Naben befindet, verwendet werden. Eine solche Kupplung stellt Abb. 6 dar.

Claims (6)

1. 65 Patentansprüche:

   i. Federnde Kupplung, bei der die Mitnahme des einen Kupplungsteiles durch den anderen über Wälzkörper erfolgt, die in exzentrisch zu ihrem Querschnittskreise verlaufenden, mit ihren offenen Seiten einander paarweise gegenüberstehenden Ausbuchtungen der Kupplungsteile liegen und die, in den Ausbuchtungen rollend, im wesentlichen radial auf mit ihnen in Eingriff stehende wellenförmig gestaltete federnde Ringe einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellentäler der vorzugsweise aus mehreren aufeinanderliegenden Metallstreifen bestehenden zweiteilig ausgebildeten Federringe (7) eine Seite der die Wälzkörper aufnehmenden, einander paarweise gegenüberstehenden Ausbuchtungen bilden.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Wälzkörper in den äußeren und inneren als Rollbahnen dienenden Ausbuchtungen des Federringes und in den Ausbuchtungen der beiden Kupplungsteile liegen.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr gewellte Federringe konzentrisch zueinander angeordnet sind und daß in den einander zugekehrten Ausbuchtungen der Federringe weitere Wälzkörper liegen (Abb. 3).
4. 4. Kupplung nach den Ansprüchen 1,

   2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper nur innerhalb des in sich geschlossenen Federringes angeordnet sind und daß dieser unmittelbar als äußerer Kupplungsteil dient (Abb. 5).
5. 5. Kupplung nach den Ansprüchen 1 »05 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des inneren Kupplungsteiles und die innere Mantelfläche des äußeren Kupplungsteiles eine die Durchbiegung der Federringwellen begrenzende Anlagefläche für diese bilden.
6. 6. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kranz der Ausbuchtung für die Wälzkörper in die eine oder in beide Wellen unmittelbar eingearbeitet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen