NL9100678A - Koppelingsinrichting. - Google Patents

Description

Koppelingsinrichting

De uitvinding betreft een inrichting voor het koppelen van twee roteerbare voorwerpen, zoals een aandrijvende as en een aangedreven as. Dergelijke koppelinrichtingen zijn algemeen bekend. Een bijzonder soort koppeling wordt toegepast bij vierwielaangedreven voertuigen. Bij deze vierwielaangedreven voertuigen zijn de beide aandrijfassen verbonden door een cardanas. Ten einde bij een dergelijk voertuig over te kunnen schakelen van een tweewielaandrijving op een vierwielaandrijving en omgekeerd, is in het verlengde van deze cardanas een koppeling voorzien. Deze koppelingen (klauwkoppeling) zijn meestal van een eenvoudig soort met in elkaar grijpende tanden. Daarom moet het voertuig eerst stil gezet worden, alvorens de koppeling in of uitgeschakeld kan worden. Vooral bij voertuigen zoals grondverzetmachines e.d., die vaak onder verschillende omstandigheden toegepast worden en waarbij derhalve vaak gewisseld wordt tussen twee- en vier-wielaandrijving, is dat bezwaarlijk.

Doel van de uitvinding is daarom een koppeling te verschaffen die aan de ene kant weinig ruimte inneemt, zodanig dat hij gemakkelijk in een twee aandrijfassen verbindende cardanas aangebracht kan worden, en die aan de andere kant de mogelijkheid verschaft om in- en uitschakelhan-delingen te verrichten terwijl de cardanas in bedrijf is en tevens kan dienen om de schuiffunktie van de cardanas te verzorgen.

Dit wordt bereikt doordat de koppelinrichting twee tenminste gedeeltelijk in elkaar verlopende buisvormige rotatielichamen omvat die zijn voorzien van middelen ter bevestiging aan telkens één der roteerbare voorwerpen, alsmede van middelen voor het wijzigen van hun dwars-doorsnedevorm door het opwekken van elastische vervormingen van hun buis-wand, waarbij de rotatielichamen, over het gebied waarin zij in elkaar verlopen, brengbaar zijn in een eerste vorm waarin zij draaibaar zijn ten opzichte van elkaar, en een tweede vorm waarin zij onrond zijn zodanig dat zij door hun overeenkomstige vormen onverdraaibaar zijn ten opzichte van elkaar, maar wel in lengterichting verschuifbaar.

De koppelinrichting volgens de uitvinding neemt slechts weinig ruimte in beslag, en is van dezelfde ordegrootte als de diameter van de cardanas. Dankzij de samenwerking door overeenkomstige, onronde vormen, verschaft hij bovendien een zeer betrouwbare koppelwerking, waarbij elke vorm van slip uitgesloten is. Als verder voordeel wordt genoemd dat een dergelijke koppeling, die gebruik maakt van elastische vervormingen van de te koppelen delen, zeer weinig bewegende delen bezit, zodat slijtage minimaal zal zijn.

Bij voorkeur is tussen beide rotatielichamen een wrijvingslichaam voorzien, dat bij vormen van de rotatielichamen die optreden bij overgang uit hun eerste vorm naar hun tweede vorm en omgekeerd een wrijvende samenwerking tussen beide rotatielichamen mogelijk maakt.

Wanneer nu één der lichamen een weinig elastisch vervormd raakt, zal een wrijvende samenwerking optreden tussen beide rotatielichamen. Deze is aanvankelijk slippend, doch gezien de aanwezigheid van het wrijvingslichaam is dat geen probleem. Bij verder vervormen van de rotatielichamen zullen de wrijvingskrachten toenemen, zodanig dat het aan te drijven rotatielichaam uiteindelijk op dezelfde snelheid roteert als het aandrijvende rotatielichaam. Daarbij wordt de vervormde toestand van de rotatielichamen geleidelijk aan zodanig, dat de samenwerking door wrijving overgaat in een samenwerking door overeenkomstige vormen. In de laatste toestand zijn de rotatielichamen onverdraaibaar ten opzichte van elkaar.

Beide rotatielichamen kunnen op geschikte wijze ten opzichte van elkaar ondersteund zijn door telkens aan weerszijden van het wrijvingslichaam aangebrachte rotatielagers. Deze lagers zelf, alsmede de daarop aansluitende delen van de rotatielichamen blijven onvervormbaar. In het gedeelte van de rotatielichamen en het wrijvingslichaam liggende tussen de rotatielagers zijn echter wel doorsnedevervormingen mogelijk. Zelfs bij een zodanig gevormde toestand van de rotatielichamen dat samenwerking door overeenkomstige, onronde vormen optreedt, zijn de vervormingen nog zodanig beperkt dat de rotatielagers daardoor niet beïnvloed worden. Eén rotatielichaam of beide rotatielichamen is/zijn in zijn langsrichting echter verschuifbaar ten opzichte van de lagers teneinde lengte-aanpas-singen van de koppeling tijdens bedrijf mogelijk te maken.

Het opwekken van vervormingen van de rotatielichamen zodanig dat zij een onronde dwarsdoorsnede vorm verkrijgen, kan op verschillende manieren uitgevoerd worden. Volgens de uitvinding wordt dit echter bij voorkeur bereikt doordat de dikte van de buiswand van tenminste één der rotatielichamen in omtreksrichting niet constant is. Ter plaatse van de kleinste dikte van de buiswand zullen de vervormingen het sterkste zijn, waardoor reeds een onronde vorm kan worden verzekerd.

Goede resultaten worden verkregen indien de buiswand van tenminste één der rotatielichamen op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen een kleinere wanddikte bezit. Aldus kan een vervorming met een met de as samenvallend symmetrievlak worden opgewekt, zodanig dat een evenwichtige verdeling van de wrijvingskrachten kan worden verzekerd.

Een dergelijke inrichting met rotatielichamen met niet-constante wanddikte kan op verschillende manieren worden uitgevoerd.

Volgens een eerste mogelijkheid bezit tenminste het buitenste buisvormige rotatielichaam een niet-constante wanddikte in omtreksrichting, en is het rotatielichaam voorzien van een mantel waarin een drukmedium geperst kan worden voor het aanbrengen van een binnenwaarts gerichte radiale druk op het rotatielichaam, zodanig dat door middel van die radiale druk zijn verhoudingsgewijze dunne wanddelen sterker gekromd kunnen worden dan zijn verhoudingsgewijze dikke wanddelen voor het verschaffen van een onronde vorm. Door het drukmedium met een meer of minder grote druk in te persen, kan een meer of minder grote afwijking van de ronde vorm van het buitenste buislichaam worden verschaft.

Analoog kan volgens een tweede mogelijkheid tenminste het binnenste buisvormige rotatielichamen een niet-constante wanddikte in omtreksrichting bezitten, waarbij dat rotatielichaam voorzien kan zijn van een ex-pansieorgaan waarin een drukmedium geperst kan worden voor het aanbrengen van een buitenwaarts gerichte radiale druk in het rotatielichaam, zodanig dat door middel van die radiale druk zijn verhoudingsgewijze dunne wanddelen sterker gekromd kunnen worden dan zijn verhoudingsgewijze dikke wanddelen voor het verschaffen van een onronde vorm.

Natuurlijk kunnen ook zowel het binnenste als het buitenste buisvormige rotatielichaam een niet-constante wanddikte bezitten, en bedien-baar zijn door een eigen expansieorgaan.

Het op het buitenste buisvormige rotatielichaam voorziene expansieorgaan kan een mantel zijn die onverdraaibaar is en door middel van aan zijn einde voorziene rotatieafdichtingen afgezicht is ten opzichte van het buitenste buisvormige rotatielichaam. Een dergelijke mantel kan op eenvoudige wijze aangesloten worden op een hydraulisch circuit.

Als alternatief kan een dergelijke mantel vast zijn aan het buitenste buisvormige rotatielichaam, en aangesloten zijn op een bron met drukmedium via een het buitenste buisvormige rotatielichaam omgevende onverdraaibare, en door middel van rotatieafdichtingen daarmee samenwerkende drukkamer. Deze drukkamer is op zijn beurt verbonden met de bron met drukmedium.

Bij het binnenste buisvormige rotatielichaam kan het expansie-or-gaan aangesloten zijn op een bron met drukmedium via een dat binnenste buisvormige rotatielichaam omgevende onverdraaibare, en door middel van rotatieafdichtingen daarmee samenwerkende drukkamer. Ook deze drukkamer kan op zijn beurt weer in verbinding staan met een bron met drukmedium.

Bij voorkeur bezit in het laatste geval het binnenste buisvormige orgaan een expansieorgaan dat bij expanderen dat buisvormige orgaan op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen naar buiten toe kan dringen. Daardoor wordt het ontstaan van de onronde vorm van het binnenste buisvormige orgaan bevorderd.

Het expansieorgaan kan daartoe bijvoorbeeld een dunwandige, ingesnoerde doorsnede bezitten. Bij het toevoeren van een persmedium in zo'n expansieorgaan worden de ingesnoerde delen uit elkaar bewogen, zodanig dat de delen van de doorsnede tussen de ingesnoerde delen in de richting loodrecht op die beweging eveneens uit elkaar bewegen. De afmeting van de doorsnede in die laatste richting neemt aanvankelijk sneller toe dan de afmeting in de eerste richting. Aldus kan het binnenste buisvormige rotatielichaam op twee in die laatste richting diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen naar buiten toe gedrongen worden.

Verder kan het binnenste buisvormige lichaam een permanent niet-rotatiesymmetrische dwarsdoorsnede bezitten. Zodra het buitenste rotatielichaam voldoende vervormd is, bestaat in deze uitvoeringsvorm een zeer betrouwbare koppeling door middel van overeenkomstige vormen.

Vervolgens zal de uitvinding aan de hand van een drietal in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader toegelicht worden.

Figuren la-c tonen een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuren 2a-c tonen een tweede uitvoeringsvorm.

Figuren 3&-c tonen een derde uitvoeringsvorm.

Figuur 4 toont een variant.

In de in figuren la-c weergegeven uitvoeringsvorm is een cardanas weergegeven die twee concentrische buizen bevat, te weten een buitenste buis 1 en een binnenste buis 2. De buizen 1 en 2 zijn aan hun uiteinde voorzien van op zich bekende cardankoppelingen 3. 4, die op hun beurt bijvoorbeeld verbonden zijn aan de ingaande aandrijfas van een vierwiel-aangedreven voertuig en aan de andere zijde aan het aandrijfgedeelte van de dieselmotor. In het midden van de cardanas is een in zijn geheel met 5 weergegeven koppelinrichting volgens de uitvinding weergegeven. In deze uitvoeringsvorm omvat de koppelinrichting een mantel 6, die door middel van rotatieafdichtingen 7» 8 vloeistofdicht afgedicht is ten opzichte van de buitenwand van de buis 1. Op de mantel 6 is een oliepersleiding 9 aangesloten, door middel waarvan de ruimte tussen mantel 6, de rotatie-afdichtingen 7, 8 en de buis 1 onder een radiaal naar binnen gerichte overdruk kan worden gebracht.

In figuur lb is één en ander in doorsnede weergegeven. In de figuren la, lb en 1c is verder te zien dat tussen de beide buizen 1, 2 een wrijvingslichaam 10 is voorzien.

In de in figuur lb getoonde doorsnede zijn de beide buishelften 1, 2 niet met elkaar gekoppeld. Dat wil zeggen dat beide met een verschillende hoeksnelheid kunnen draaien. Zodra nu echter in de mantel 6 een overdruk wordt opgewekt, zal de buitenste buis een onronde vorm aannemen. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat zijn wanddikte in omtreksrichting gezien, niet constant is. Op de met 11 en 12 aangeduide plaatsen bezitten deze buis 1 een verhoudingsgewijze kleine wanddikte, en daartussen in en verhoudingsgewijze grote wanddikte. De wanddelen 11, 12 zullen daardoor bij het aanbrengen van een overdruk in de mantel 6 sterker gekromd worden dan de verhoudingsgewijze dikke wanddelen van buis 1. Gevolg daarvan is dat hij de in figuur lc getoonde vorm zal aannemen. In de in figuur lc getoonde vorm zijn de buizen 1, 2 onverdraagbaar aan elkaar gekoppeld dankzij de overeenkomstige onronde vormen die bij de buizen 1, 2, met daartussen het wrijvingslichaam 10 hebben aangenomen.

Voordat de in figuur lc getoonde stand bereikt is, zal de buis 1 een vorm met kleinere vervormingen aannemen. Deze vervormingen zijn aanvankelijk zo klein, dat buis 1 en 2 via het wrijvingslichaam 10 wrijvend met elkaar samenwerken, zodanig dat nog wel onderlinge verdraaiingen mogelijk zijn, doch de ene buis de andere kan aandrijven. Bij het groter worden van de vervormingen neemt dit aandrijvende effect toe, waarbij de hoeksnelheden van de buizen 1 en 2 elkaar steeds dichter naderen. Uiteindelijk zijn zij aan elkaar gelijk geworden, en is een onverdraaibare koppeling bereikt dankzij de overeenkomstige onronde vormen zoals weergegeven in figuur lc. De binnenste buis 2 is daarbij ook in een onronde vorm gedrongen, gezien de aandrukking door de buitenste buis 1 op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen.

Gewezen wordt op het feit dat de in figuur lc getoonde vervorming van buis 1 en 2 overdreven zijn weergegeven. Een onverdraaibare koppeling is reeds verkregen bij aanzienlijk kleinere vervormingen. Door de wanddikte vermindering toe te staan van positie 36 tot 37 zullen de vervormingen ter plaatse van de rotatie-afdichtingen 7. 8 die op de buis 1 zijn aangebracht minimaal zijn en daardoor niet het afdichten beïnvloeden.

Datzelfde geldt voor de lagers 13. 14, waarmee de binnenste buis 2 ondersteund is in de buitenste buis 1.

In de in figuren 2a-c getoonde uitvoeringsvorm zijn de buitenste buis 15 en de binnenste buis 16 eveneens door lagers 13 en 14 ten opzichte van elkaar ondersteund. Ook hier bevindt zich tussen beide buizen een wrijvingslichaam 10. In de binnenste buis 16 is een expansie-orgaan 17 aangebracht, dat via een hydraulische leiding 18 en een onverdraaibaar ten opzichte van de binnenste buis 16 aangebrachte kamer 19 met een hydraulisch medium gevoed kan worden via buis 20. Kamer 19 is weer door rotatie-afdichtingen 21, 22 afgedicht ten opzichte van de binnenste buis 16.

Zoals weergegeven in figuur 2b bezit het expansie-orgaan 17 zelf een onronde vorm. Zodra in het expansie-orgaan een medium geperst wordt, zal dit het binnenste buisvormige orgaan 16 op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen aangeduidt met 23 en 2k naar buiten drukken. Daardoor komt de binnenste buis 16 via het wrijvingsorgaan 10 in samenwerking met de buitenste buis 15. Terwijl de beide buizen 15, 16 aanvankelijk wrijvend met elkaar samenwerken, wordt uiteindelijk de in figuur 2c getoonde stand bereikt, waarin zij door middel van overeenkomstige vormen onverdraaibaar met elkaar in samenwerking verkeren.

Het expansieorgaan 17 heeft zoals genoemd een onronde vorm, en dwingt daarom de binnenste buis 16 en de buitenste buis 17 eveneens in een onronde vorm.

In de in de figuren 3& tot c weergegeven uitvoeringsvorm zijn beide hiervoor besproken mogelijkheden gecombineerd. Rond de buitenste buis 25 is nu echter een vaste mantel 26 aangebracht, die via hydraulische leiding 27 en de onverdraaibaar ten opzichte van de buitenste buis 25 aangebrachte drukkamer via leiding 29 gevoed kan worden met een drukmedium. Ook hierbij is de kamer 18 door middel van rotatie-af dichtingen 30, 31 afgedicht ten opzichte van de buitenste buis 25. In de binnenste buis 32 is wederom een expansie-orgaan 17 toegepast, overeenkomstig de uitvoeringsvorm van figuur 2. Verder is er een wrijvingsorgaan 17 voorzien, alsmede ondersteunende lagers 14 en 13.

De buitenste buis bezit bij 33 en 3^ wanddelen met een verhoudingsgewijze kleine dikte. Daardoor kan bij aanbrengen van een overdruk in de mantel 26 de buitenste buis in een onronde vorm gebracht worden. De mantel 26, die vast is aan de buitenste buis 26, kan daarbij eventueel overeenkomstig vervormen.

De binnenste buis 25 kan door middel van het expansieorgaan 17 op overeenkomstige wijze als de binnenste buis 16 in figuur 2 in een onronde vorm gebracht worden.

In de in figuur 4 getoonde variant van figuur lb bezit de binnenste buis 2 een permanente niet-rotatiesymmetrische vorm. Ook nu komt, bij het aanbrengen van een overdruk in de ruimte binnen de mantel 6, buis 1 geleidelijk aan in aanraking met het wrijvingslichaam 10. Bij voldoende vervorming van buis 1 zal hij door overeenkomstige vormen uiteindelijk onverdraaibaar samenwerken met buis 2, zoals getoond in figuur lc.

Claims (14)

1. Inrichting voor het koppelen van twee roteerbare voorwerpen, zoals een aandrijvende as en een aangedreven as met het kenmerk dat hij twee tenminste gedeeltelijk in elkaar verlopende buisvormige rotatielichamen omvat die zijn voorzien van middelen ter bevestiging aan telkens een der roteerbare voorwerpen, alsmede van middelen voor het wijzigen van hun dwarsdoorsnedevorm door het opwekken van elastisch vervormingen van hun buiswand, waarbij de rotatielichamen over het gebied waar zij in elkaar verlopen brengbaar zijn in een eerste vorm waarin zij draaibaar zijn ten opzichte van elkaar, en een tweede vorm waarin zij onrond zijn zodanig dat zij door hun overeenkomstige vormen onverdraaibaar zijn ten opzichte van elkaar.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij tussen beide rotatielichamen een wrijvingslichaam is voorzien, dat bij vormen van de rotatielichamen die optreden bij overgang uit hun eerste vorm naar hun tweede vorm en omgekeerd een wrijvende samenwerking tussen beide rotatielichamen mogelijk maakt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij de rotatielichamen ter weerszijden van het wrijvingslichaam ten opzichte van elkaar ondersteund zijn door telkens een rotatielager.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3» waarbij de dikte van de buiswand van tenminste een der rotatielichamen in omtreksrichting niet constant is.

5· Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de buiswand van tenminste een der rotatielichamen op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen een kleinere wanddikte bezit.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5. waarbij tenminste het buitenste buisvormige rotatielichaam een niet-constante wanddikte in omtreksrichting bezit, welk rotatielichaam voorzien is van een mantel waarin een drukmedium geperst kan worden voor het aanbrengen van een binnenwaarts gerichte radiale druk op dat rotatielichaam, zodanig dat door middel van die radiale druk zijn verhoudingsgewijze dunne wanddelen sterker gekromd kunnen worden dan zijn verhoudingsgewijze dikke wanddelen voor het verschaffen van een onronde vorm.

7· Inrichting volgens een der conclusies 4-6, waarbij tenminste het binnenste buisvormige rotatielichaam een niet-constante wanddikte in om-treksrichting bezit, welk rotatielichaam voorzien is van een expansie-orgaan waarin een drukmedium geperst kan worden voor het aanbrengen van een buitenwaarts gerichte radiale druk in dat rotatielichaam, zodanig dat door middel van die radiale druk zijn verhoudingsgewijze dunne wanddelen sterker gekromd kunnen worden dan zijn verhoudingsgewijze dikke wanddelen voor het verschaffen van een onronde vorm.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 6 en 7, waarbij de mantel onverdraagbaar is en door middel van aan zijn einden voorziene rotatieafdich-tingen afgedicht is ten opzichte van het buitenste buisvormige rotatielichaam.

9. Inrichting volgens conclusie 6 of 6 en 7» waarbij de mantel vast is aan het buitenste buisvormige rotatielichaam, en aangesloten is op een bron met drukmedium via een het buitenste buisvormige rotatielichaam omgevende onverdraaibare, en door middel van rotatieafdichtingen daarmee samenwerkende drukkamer.

10. Inrichting volgens conclusie 7 of 8,9 en 7. waarbij het expansie-orgaan aangesloten is op een bron met drukmedium via een het binnenste buisvormige rotatielichaam omgevende onverdraaibare, en door middel van rotatieafdichtingen daarmee samenwerkende drukkamer.

11. Inrichting volgens een der conclusies 2-10, waarbij het binnenste buisvormige orgaan een expansieorgaan bezit dat bij expanderen dat buisvormige orgaan op twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen naar buiten toe kan dringen.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij het expansieorgaan een dun-wandige ingesnoerde dwarsdoorsnede heeft.

13. Inrichting volgens één der conclusies 2-6 of 8, 9 in combinatie met conclusie 6, waarbij het binnenste buisvormige lichaam een permanent niet-rotatiesymmetrische dwarsdoorsnede bezit.

14. Inrichting volgens één der conclusies 2-13. waarbij de aandrijvende as t.o.v. de aangedreven as in axiale richting verschoven kan worden.