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Einrichtung zur Erzielung einer Triebverbindung zwischen zwei rotierenden Teilen.
Die Erfindung bezieht sich auf Triebverbindungen oder-Kupplungen jener Art, bei welchen ein äusserer Teil auf einem inneren Teil zum Zwecke aufgeschoben ist, um sich mit ersterem Teil gemeinsam zu drehen und an zwei gesonderten Stellen in der Länge der Triebverbindung Sätze von ergänzenden Eingriffsmitteln vorgesehen sind. wobei die Eingriffsmittel des einen Satzes gegen jene des anderen Satzes unter einem Winkel und in Schraubenform od. dgl. so angeordnet sind, dass durch Aufdrücken des äusseren Teiles auf den inneren in axialer Richtung jede Lockerung in der Triebverbindung beseitigt wird und Torsionsdrücke im Material beider Teile zwischen den Sätzen von Triebmitteln entstehen.
Um solche Triebverbindungen für abnehmbare Radnabe zu schaffen, ist an einem Ende der zwei Nabenteile ein zur Achse paralleler (zylindrischer) Streifen oder ein Band bestehend aus zwei ineinander greifenden Ringen von Zähnen, und an dem anderen Nabenende ein einen grösseren Durchmesser besitzender Streifen von mehr oder weniger in Schraubenform angeordneten Zähnen vorgesehen.
Wenn aber den schraubenförmig angeordneten Zähnen genügende Steigung gegeben wird, um ein Steckenbleiben beim Lösen zu vermeiden, so ist eine sehr geringe axiale Bewegung des einen Ringes von Schraubenzähnen in den andern Ring des Eingriffssatzes möglich und ist es auch schwer, genügende Berührungsfläche zwischen den beiden Ringen zu schaffen, um die Belastung bzw. die Drücke auszuhalten, da die Benützung grosser Zähne in dem dünnen, im allgemeinen bei Nebenhülsen verwendeten Metall untunlich ist, während die Länge der Zähne, da zwei Streifen von Zähnen in der Länge der übereinander geschobenen Teile vorhanden sind, so weit als möglich begrenzt sein muss. Es ist daher von grösster Wichtigkeit das ganze in der Umfangsrichtung der Eingriffsstreifen geschaffene bzw. zur Verfügung stehende Material am besten auszunutzen.
Ringe oder Sätze von ineinander eingreifenden Elementen, die in mehr oder weniger senkrecht zur Drehachse stehenden Ebenen angeordnet sind, wurden bereits vorgeschlagen, haben sich aber für dünne Metallkonstruktionen, wie z. B. für abnehmbahre Radnaben als ungeeignet erwiesen, da wie oben angegeben, Zähne von grossen Abmessungen nicht leicht in dem dünnwandigen Metall gebildet werden können, während kleine Zähne, die bloss beschränkte Bewegung benötigen, um den Eingriff zu bewirken, nicht gut erkennen lassen, ob der Eingriff auch tatsächlich stattgefunden hat und daher unsicher sind, anderseits erfordern diese kleinen Zähne erhebliche Länge in radialer Richtung um die nötige Anliegefläche zu schaffen, so dass sich eine Form ergibt, die nicht die erforderliche Starrheit oder Festigkeit ermöglicht.
Die Erfindung hat nun den Zweck, die vorerwähnten Übelstände zu beseitigen und Eingriffmittel der angegebenen Art zu schaffen, die die ausreichende Angriffs. bzw. Anliegeflächen für den verlangten Zweck besitzen.
Der Erfindung gemäss besitzt die abnehmbare Nabe oder sonstige Einrichtung zur Trieb- verbindung rotierender Teile an dem einen Ende einen Streifen aus zwei ineinander greifenden
Kränzen von Zähnen, die durch axialen Druck ineinandergleiten, und nahe dem andern
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Ende einen Streifen von Eingriffszähnen auf Schräg-oder Kegelflächen, wobei die Zähne des einen Streifens gegen jene des andern derart geneigt angeordnet sind, dass die dem Übertragungsdruck ausgesetzten Treibflanken in engen Kontakt gebracht werden, wenn der eine Teil der Nabe od. dgl. auf den andern Teil aufgepresst wird.
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dungen rotierender Teile, wie z. B. abnehmbare oder lösbare Radnaben.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Längenschnilt durch eine der Erfindung gemäss ein-
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Fig. 3 zeigt den äusseren Nabenteil mit den auf seiner Innenwand angeordneten Schraubenzähnen im Längenschnitt. Fig. 4 ist ein in grösserem Massstahe gezeichneter Schnitt nach der Linie x-x in Fig. 3. Die schematischen Fig. 5-9 zeigen die Art der Konstruktion einzelner
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Richtung des Pfeiles 6 in Fig. 5 gesehen, Fig. 7 ein Querschnitt nach der Linie C-C von rechts gesehen. Die Fig. 8-9 zeigen je eine Abwicklung bzw. je einen Schnitt nach der Linie A-A bzw.-B-B in Fig. 5.
Die in vorteilhafter Ausführungsform hier dargestellte abnehmbare Radnabe besitzt einen hülsenförmigen äusseren Teil a, der auf dem inneren Nabenteil 7) in üblicher Weise aufgeschoben ist.
Am Aussenende ist eine Mutter c angeordnet, um den äusseren auf den inneren Nebenteil aufzudrücken und ersteren in wirksamer Stellung zu halten. Die Mutter c ist auf einem Gewindeteil d aufgeschraubt und an das Gewinde schliesst sich eine etwas erhöhte zylindrische Fläche e des inneren Nabenteiles an, in welcher ein Ring von Zähnen f gebildet ist, die nach Schraubenlinien auf der zylindrischen Fläche verlaufen.
Auf der Innenfläche des äusseren Nabenteiles a ist ein ergänzender Satz von Zähnen f1 vorgesehen, so dass die beiden Ringe ein Band von ineinander greifenden Gliedern bilden, die sich ineinander verschieben, wenn ein Druck in axialer Richtung ausgeübt wird, und sobald der äussere Nabenteil auf dem inneren Nabenteil gleitet, so wird zufolge der schraubenförmigen Anordnung der Zähne eine Drehung des einen auf dem andern Teil stattfinden.
Nahe dem andern Ende des inneren Nabenteiles ist eine schräge oder konische Fläche g vorgesehen, deren Durchmesser vom äusseren Nabenende an zunimmt. Auf dieser Fläche g ist ein Ring oder Satz von Zähnen h gebildet, deren besondere Querschnittsform nachstehend beschrieben ist. Der äussere Nabenteil a ist mit einem inneren Ergänzungssatz von Zähnen h1 versehen, deren radialen Flanken mit dem radialen Flanken der Zähne h des inneren Nabenteiles zusammenwirken, wenn der äussere Nabenteil a auf dem inneren Nabenteil b aufgeschoben ist.
Die radialen Flanken der Zähne h und h1 sind zweckmässig als Teile von Ebenen aus-
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Einstellung od. dgl. die volle Kontaktfläche nicht beeinträchtigen. Die andern Flanken dieser Zähne verlaufen, wie nachstehend näher ausgeführt ist, schraubenförmig nach einer geneigten Geraden oder wenn erwünscht gekrümmten oder ändern Linie, die durch die Achse der Nabe geht und mit der gleichen Steigung fortläuft, wie jene des Bandes schraubenförmiger Zähne f, f1 auf den zylindrischen Flächen am andern Nabenende.
Bei der Anordnung nach Fig. 1#4 kann die Schraubensteigung, d. i. die parallel zur Achse gemessene Länge, in der eine vollständige Windung liegt, ungefähr 26'27 Zoll betragen. was bei einem mittleren Durchmesser von etwa 4 Zoll für die Zähne auf der zylindrischen Fläche e ungefähr einem Winkel der Schraube Z von etwa 24 56' entspricht. wobei der Winkel, den die konische Fläche auf den sich erweiterten Nabenteil mit der Nabenachse einschliesst, ungefähr 300 beträgt.
Das Verhältnis zwischen den Schraubenzähnen und jenen auf der sich erweiternden oder konischen Fläche kann besser erkannt werden durch Betrachtung des Falles einer Erzeugenden unter 45 d. h. mit Steigungsverhältnis 1 : 1 zur Achse, welche Erzeugende mit der Steigung der für die Schraubenzähne benützten Schraubenlinie fortwandert.
Diese Erzeugende würde auf einer im rechten Winkel zur Achse festgelegten Ebene eine ganz bestimmte Spirale (Schraubenlinie) von gleichmässiger Steigung bilden, und einz genau gleiche Spirale könnte auch durch eine Linie gebildet werden, die unter einem Winkel gemäss einem Steigungsverhältnis 1 : 3 gestellt mit einer Schraube rotiert, deren axial gemessene Steigung
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Die Fig. 5-9 zeigen schematisch wie die Form der Zähne bei einer gewünschten Konstruktion bestimmt wird, bei der der Schraubenwinkel Z1 16 42' oder eine Neigung 3 : 10 besitzt, die einer zylindrischen Steigung von po 13 Zoll auf einem mittleren Durchmesser von 2-4 Zoll gleich ist, wobei der Winkel Y'des konischen Teiles zur Nabenachse 14 beträgt.
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In dem Diagramm sinù f2 die Zähne auf dem inneren Nabenteil, die wie oben erwähnt schraubenartig auf einer zylindrischen Fläche geformt sind, während die Zähne auf dem äusseren Nabenteil bedeuten, die in die Zähne f2 eingreifen. h2 sind die auf einer konischen Fläche des inneren Nabenteiles gebildeten Zähne und/ die Ergänzungszähne im äusseren
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die gleiche, während die Länge der ersteren l'und jene der lefzteren Zähne ungefähr 0-9 beträgt.
Die Linie A-A in Fig. 5 zeigt eine im rechten Winkel zur Nabenachse gelegte Ebene an und die Linie O-P liegt auf der Oberfläche bzw. in einer Ebene, die die Achse eines Konus enthält, der mit den Spitzen der Zähne h3 zusammenfällt.
Wenn die Linie O-P sich längs des Schraubenweges F#G (Fig. 6) um eine Strecke bewegt, die der axialen Strecke (Fig. 6) entspricht, so bewegt sich der Schittpunkt dieser Linie mit der Ebene A-A von D#E in einer radialen Richtung und um eine Strecke CI (Fig. 8) in der Umfangsrichtung, wodurch der Punkt DI erreicht wird. Wenn der äussere Teil um eine zweite Strecke At bewegt wird, so wird ein anderer Punkt D (Fig. 8) erreicht. Wenn dies sich wiederholt, so ergibt sich als geometrischer Ort aller Schnittpunkte, die Kurve D Ds. Wenn die Schnittpunkte D D' dieser Kurve mit den durch die Spitzen und Wurzeln der Zähne im Querschnitt.
A-A gelegten Kreisen durch eine Gerade verbunden werden, so wird der Winkel der ökonomischste Winkel für die Rücken der Zähne sein. Wenn der Winkel kleiner als "α" gemacht wird. so wird beim Zurückziehen eine Beeinträchtigung oder gegenseitiges Klemmen stattfinden, während, wenn der Winkel grösser als "α" gemacht wird, ein zunehmender Zwischenraum entsteht.
Wenn der geometrische Ort der Schnittpunkte von 0 -- P mit der Ebene B--B wie in Fig. 9 bestimmt wird, so erhält man eine steilere Kurve DO-D'6 als jene bezügliche der Ebene A-A, da eine kleinere Umfangsbewegung bei der gleichen Radialbewegung stattfindet.
Da der Winkel !' des Zahnes im allgemeinen in einer Länge konstant bleibt, so wird der freie Zwischenraum am grösseren Konusende beim Zurückziehen nahe konstant sein, während er beim kleinen Konusende allmählich zunimmt, wie dies oben links in Fig. 9 zu ersehen ist.
Es ist klar, dass die durch die Erzeugende O#P gebildete Schraubenfläche bloss eine Grenzfläche zwischen den Zähnen des inneren und äusseren Teiles bildet und keiner dieser Teile über diese Grenzfläche vorspringen oder hinausgehen muss. Für Fabrikationszwecke kann dieser Bedingung angenähert entsprochen werden, wenn z. B. die gerade Linie D-Dy in Fig. 8 und 9 benutzt wird, und dies führt zu einer geringen Verkürzung der radialen Kontaktflanke und zum Entstehen eines geringeren Spielraumes zwischen den gekrümmten oder Schraubenflanken oder mit andern Worten zwischen den Flanken, welche im Querschnitt in der senkrecht zur Achse stehenden Ebene A-A spiralförmig verlaufen.
Aus vorstehendem ergibt sich, dass irdend eine spezielle Spirale durch eine Erzeugende 0- unter irgend einem Winkel erhalten werden kann, wenn die Steigung der Schraube am andern Ende dementsprechend geändert wird. Es ist auch möglich, die radiale Tiefe der ebenen Flanke zu bestimmen, und die Steigung der Zähne, die einen kleinen Teil der Spirale festlegt, welcher Teil aber offenbar die ganze Spirale festlegt. Durch entsprechende Wahl der Steigung der Schraube kann eine Spirale mit irgendeinem gewünschten Winkel geschaffen werden, wobei die Linie um so steiler ausfällt, je kleiner die Steigung ist.
Die radiale Tiefe der Zähne wird durch praktische Erwägungen bestimmt, beispielsweise bildet die Dicke des Materiales einen wichtigen Faktor und die gewünschte Grösse des Winkels la" wird durch die Form, die erforderlich ist, damit ein Zahn den Druck aushält, stark beeinflusst.
Nachdem so die allgemeine Form bestimmt worden ist, muss der Winkel Y oder yl (Fig. 3 oder 6) des sich erweiternden oder konischen Teiles mit dem Winkel Z, ZI der Schraube zunehmen und umgekehrt, um die gleiche Zahnform aufrecht zu erhalten. Der Winkel Z, ZI der Schraube wird bestimmt durch die Erwägung, dass ein Verklemmen oder Steckenbleiben beim Zurückziehen und auch ein zu starkes, wenn auch in mechanischer Hinsieht vorteilhaftes Festziehen der Rückhaltmutter zu vermeiden ist, während ein kleiner Konuswinkel Y, Y' eine stärkere Axialbewegung vom Punkte an, wo die letzten Zahnpaare sich voneinander trennen bis zur Stellung des schliesslichen Eingriffes stattfindet, was von erheblichem Vorleil ist.
In der Beschreibung und Zeichnung wurden die wirksamen Zahnflanken als radial oder in einer Ebene liegend hingestellt, die die Nabenachse enthält. Eine solche Form wird vermutlich in praktischer und betriebstechnischer Hinsicht zweckmässig sein. es ist jedoch möglich, dass es in manchen Fällen wünschenswert erscheint, die wirksamen Zahnflanken als Teile von Ebenen zu formen. die einen zur Nabenachse konaxialen Zylinder tangieren, oder es kann irgend ein andrer Rotationskörper für diesen Zweck sich als praktisch erweisen.
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Die Zähne auf dem zylindrischen Teil des Gebildes können auch durch r-förmige oder anders geformte Zähne ersetzt werden, wenn dies vom praktischen Standpunkt vorteilhaft ist.
Dadurch aber, dass die Zähne gemäss der Erfindung geformt werden, ist es möglich, wenn nicht ganz, so doch zum grössten Teil freie Zwischenräume auf oder zwischen den Leerflanken der Zähne zu vermeiden, so dass das ganze durch den Umfang der ineinander greifenden Bänder
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Nabenteil auf den andern zu übertragen, wodurch das Material am besten au genützt ward.
Obgleich die nicht wirksamen Flanken der Zähne als durch eine gerade Linie gebildet dargestellt sind, kann diese Linie auch gekrümmt oder wenn erwünscht anders geformt sein, um den Erfordernissen jeweiliger Konstruktion zu entsprechen.
Bei der beschriebenen Ausführung der Zähne auf einer zylindrischen Fläche sind diese Zähne als schraubenförmig bezeichnet und die Zähne auf der konischen Fläche als solche mit radialen Flanken hingestellt, die Teilen von durch die Achse gehenden Ebenen entsprechen.
Es ist jedoch klar, dass insoweit ein Unterschied vorhanden ist und die Zähne eines Bandes zu jenen des andern Bandes geneigt oder schräg stehen, es gleichgültig ist, welche von ihnen gerade und welche schraubenförmig sind ; auch könnten beide schraubenförmig sein mit einem gewissen Unterschied zwischen denselben.
PATENT-ANSPRÜCHE.
1. Einrichtung zur Erzielung einer Triebverbindung zwischen zwei rotierenden Teilen, beispielsweise an einer abnehmbaren Radnabe, dadurch gekennzeichnet, dass nahe einem Ende der Nabe od. dgl. ein Band oder Streifen bestehend aus zwei ineinander greifenden Kränzen und Zähnen, die durch axiale Drücke oder Kräfte ineinander verschiebbar sind, und nahe dem andern Ende ein Band von ineinander greifenden Zähnen auf sich erweiternden z. B. konischen. Flächen vorgesehen sind, wobei die Zähne des einen Bandes zu jenen des ändern Bandes derart geneigt sind, dass die wirksamen oder treibenden Flanken der Zähne in engen Kontakt gebracht werden, wenn der eine Teil der Nabe od. dgl. auf den andern aufgepresst wird.