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Allseitig bewegliche, federnde Kupplung mit schwebendem Zwischenring
Bekannt sind allseitig bewegliche, federnde Kupplungen, bei denen das Drehmoment von einem der gekuppelten Teile durch federnde Elemente auf einen Zwischenring und von diesem über federnde Elemente auf den anderen der gekuppelten Teile übertragen wird.
Gemäss der Erfindung sind nun die Federelemente allein im Zwischenring, in Umfangsrichtung beweglich gelagert und von diesem getragen ; ferner sind an den beiden miteinander zu kuppelnden Teilen mindestens je drei in den Zwischenring hineingreifende und die Federelemente auf Druck beanspruchende Mitnehmer regelmässig über den Umfang verteilt vorgesehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kupplung dargestellt, die in das grosse Zahnrad einer von einem Elektromotor über eine Zahnradübersetzung angetriebenen Achse eines Schienenfahrzeuges eingebaut ist. Es zeigt die Fig. 1 die Kupplung im Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 3, die Fig. 2 eine Abwicklung des Schnittes durch die Kupplung nach der Zylinderfläche II-II der Fig. 1, die Fig. 3 in etwas kleinerem Massstabe einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und teilweise durch die linke Seite des von der Kupplung angetriebenen Radsatzes.
Der Motor 1 treibt über ein nicht gezeichnetes Ritzel das grosse Zahnrad 2 an, das seinerseits über die noch näher zu beschreibende, im Zahnrad eingebaute federnde Kupplung mit der Triebachse 3 gekuppelt ist. Die Achse 3 wird von den beiden Rädern 4 getragen, von denen nur das linksseitige gezeichnet ist. Der Zahnkranz des Zahnrades 2 ist über die beiden Seitenscheiben 6 mit den Nabenteilen 7 fest verbunden und mittels den auf letzteren sitzenden Rollenlagern 8 in dem mit dem Motor 1 fest verbundenen Zahnradgehäuse 9 drehbar gelagert. Die Achse 3 des Radsatzes kann gegenüber dem Zahnrad 2 in vertikaler Richtung spielen und ihr Mittelpunkt 10 kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, z. B. um den Betrag e höher stehen als der Mittelpunkt 11 des Zahnrades. In Fig. 3 dagegen sind Achse und Zahnrad in konzentrischer Stellung gezeigt.
Das Zahnrad 2 weist drei radial nach innen gerichtete Gabeln 16, 17 und der auf der Achse 3 festsitzende Mitnehmer 15 drei radial nach aussen gerichtete Gabeln 18, 19 auf. Die Gabeln des Mitnehmers stehen in den Lücken zwischen den Gabeln des Zahnrades. Die Kraftübertragung von den Gabeln des Zahnrades auf die Gabeln des Mitnehmers 15 erfolgt unter Zwischenschaltung von drei Sätzen von je zwei hintereinander geschalteten gleichen Federelementen und unter Vermittlung eines schwebenden Zwischenringes 20. Die Federelemente, von denen in Fig. 1 nur diejenigen links der senkrechten Mittellinie eingezeichnet sind, bestehen aus Schraubenfedern 21, 22, die an ihren Enden in den Federtellern oder Federkappen 23, 24, 25, 26 gefasst sind.
Die Federkappen sind an ihrem Umfang, der die Form eines Rechteckes aufweist, in tangentialer Richtung beweglich zwischen den beiden Seitenwangen des Ringes 20 und den inneren und äusseren Stollen 27, 28 dieses Ringes geführt. Diese Beweglichkeit wird durch die am Zwischenring vorgesehenen seitlichen Stollen 30, 31, 32,33 begrenzt. Die einen der Federelemente liegen zwischen den Gabeln 16, 17 des Zahnrades, die anderen zwischen jenen 18, 19 des Mitnehmers 15 der Achse 3. Wirkt auf das Zahnrad kein Drehmoment und steht die Triebachse konzentrisch zur Drehachse des Zahnrades wie in Fig. 3, so stehen die Innenflächen der Gabeln 16, 17 und 18, 19 und der Stollen 30, 31 bzw. 32, 33 in gemeinsamen Ebenen parallel zur Achse 3, respektive stehen in Fig. 1 hintereinander.
Die Federteller liegen dann mit der kleinsten Spannung an diesen Flächen an. Wird dagegen die Achse 10 gegenüber dem Zahnrad um die Strecke e gehoben, so werden die Federn zusammengedrückt. Dabei liegt z. B. der Federteller 23 der Feder 21 am Gabelteil 16 des Zahnrades, der Teller 24 an den beidseitigen Stollen 31 des Zwischenringes, der Teller 25 an den beidseitigen Stollen 32 des Zwischenringes und der Teller 26 am Gabelteil 19 des auf der Triebachse 3 befestigten Mitnehmers 15 auf, was auch aus Fig. 2 ersichtlich ist. Für sich allein genommen ergeben diese Teile ein am Mitnehmer wirkendes Drehmoment, das jedoch durch entgegengesetzte Wirkung der übrigen Federn der Kupplung aufgehoben wird.
In gleicher Weise, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, erfolgt auch die Drehmomentübertragung in der Kupplung vom Gabelteil 16 des Zahnrades
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auf den Gabelteil-M des Mitnehmers 15. An den übrigen in diesem Schnitt nicht gezeigten Gabeln und Federelementen erfolgt sie in gleicher Richtung, so dass sich ein resultierendes Gesamtdrehmoment ergibt. Je zwei Federn 21 und 22 sind dabei hintereinander geschaltet. Gegenüber einem gewöhnlichen Federantrieb mit der gleichen Anzahl Federn, haben die Federn des vorliegenden Antriebs die doppelte Kraft bei auf die Hälfte herabgesetzter Einsenkung aufzunehmen.
Eine nähere Untersuchung der gezeigten Kupplung ergibt, dass bei gegebener Exzentrizität e der Triebachse 3 der Mittelpunkt 12 des schwebenden Zwischenringes 20 sich auf die halbe Exzentrizität einstellt und dass bei Rotation des Zahnrades und der Achse der Zwischenring 20 sich mit gleicher Drehzahl wie diese Teile um diesen in der Mitte zwischen Achsmittelpunkt und Zahnradmittelpunkt liegenden Punkt 12 dreht. Dabei wirken vom Zwischenring aus über die Federn vertikale Kräfte von gleicher Grösse und entgegengesetzter Richtung einerseits auf das Zahnrad und den Fahrgestellrahmen und anderseits auf die Triebachse 3. Die auf die Triebachse wirkende Kraft wirkt je nach der Stellung des Zahnradmittelpunktes über oder unter dem Achsmittelpunkt entlastend oder belastend auf die Achse.
Gegenüber bekannten, für den Einzelachsantrieb von Schienenfahrzeugen verwendeten Federkupplungen hat die Federkupplung nach der Erfindung den Vorteil einfacherer Herstellung und besserer Zugänglichkeit für den Unterhalt der sich abnutzenden Teile. Gegenüber den als Kreuzgelenk arbeitenden federnden Kupplungen hat sie den Vorteil, dass bei exzentrischem Lauf der gekuppelten Wellen kein Tanzen des Zwischenringes entsteht und damit keine freien Massenkräfte auftreten. Werden insbesondere die Federelemente zwischen einander parallelen Flanken der gabelförmigen und regelmässig über den Umfang verteilten Mitnehmer geführt, so treten infolge der oben erwähnten Einstellung des Zwischenringes bei exzentrischem Lauf der beiden Wellen keine oszillierenden Kräfte in der Richtung senkrecht zu dieser Exzentrizität noch in der Richtung der Exzentrizität auf.
Ferner können beim Einbau dieser Kupplung in ein Zahnrad gemäss der Zeichnung die Federn in einem vom Zahnradgehäuse getrennten Raum untergebracht werden, so dass bei Federbruch keine Bruchstücke in die Verzahnung geraten können.
Da, wie erwähnt, der schwebende Zwischenring bei exzentrischer Lage der gekuppelten rotierenden Teile um einen Punkt in der Mitte dieser Exzentrizität rotiert, ergeben sich radiale Gleitbewegungen der Mitnehmer gegenüber den Federelementen, die nur halb so gross sind wie bei den bekannten Federkupplungen ohne Zwischenring. Aus diesem Grunde ist es möglich, die an den Federelementen anliegenden Mitnehmergabeln auch bei beschränkten Raumverhältnissen mit ebenen Innenflächen und die
Federkappen mit bombierten Flächen auszu- führen, so dass die Schraubenfedern der Feder- elemente stets in Richtung ihrer Achse und nicht exzentrisch zu derselben belastet und damit zusätzlich beansprucht werden.
Kleine, sich bei der Übertragung eines Drehmomentes ergebende Verlagerungen des Berührungspunktes auf den bombierten Federkappen nach aussen können dadurch kompensiert werden, dass bei unbelasteten Federelementen der Berührungspunkt 35 mit den ebenen Flächen der Mitnehmer radial nach einwärts verlegt wird, wie bei der Feder 22 in Fig. 1 angedeutet ist, so dass bei dem meist vorkommendenDrehmoment derBerührungs- punkt in die Achse der Schraubenfedern fällt.
Die beiden Seitenwangen des Ringes 20 können miteinander durch Flanschen 36 fest verbunden sein, wie in Fig. 3 und in Fig. 1 bei der Feder 21 a in Strichpunkten angedeutet ist.
Sie können aber unabhängig voneinander angeordnet und gegenseitig nur durch die Federkappen 23, 24 usw. geführt sein. Die beim Spielen der Kupplung auftretende Reibung der Seitenwangen des Ringes 20 an den Seitenscheiben 6 des Zahnrades kann durch zwischen den Seitenwangen eingesetzte Federn 37 verstärkt und zur Dämpfung der Verdrehungsschwingungen der beiden gekuppelten Wellen benutzt werden, eventuell unter Einbau reibungsvermehrender Beläge.
Bei Verwendung der Kupplung als Wellenkupplung ist sinngemäss der Mitnehmer 15 mit der einen Welle, und eine der Naben 7 mit der anderen Welle fest verbunden, wobei die Verzahnung am Umfang des Kupplungsgehäuses entfällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Allseitig bewegliche, federnde Kupplung bei der das Drehmoment von einem der gekuppelten Teile durch federnde Elemente auf einen Zwischenring und von diesem über federnde Elemente auf den anderen der gekuppelten Teile übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente allein im Zwischenring in Umfangsrichtung beweglich gelagert und von demselben getragen sind, dass ferner an beiden miteinander gekuppelten Teilen mindestens je drei in den Zwischenring hineingreifende, die Federelemente auf Druck beanspruchende Mitnehmer regelmässig über den Umfang verteilt vorgesehen sind.
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Flexible, spring-loaded coupling with floating intermediate ring
Resilient clutches which can move in all directions are known, in which the torque is transmitted from one of the coupled parts through elastic elements to an intermediate ring and from this through elastic elements to the other of the coupled parts.
According to the invention, the spring elements are now mounted only in the intermediate ring, movably in the circumferential direction, and carried by this; furthermore, on each of the two parts to be coupled with one another, at least three catches each engaging into the intermediate ring and stressing the spring elements under pressure are provided regularly distributed over the circumference.
In the drawing, an embodiment of such a coupling is shown, which is installed in the large gear of an axle of a rail vehicle driven by an electric motor via a gear ratio. 1 shows the coupling in section along the line II of FIG. 3, FIG. 2 shows a development of the section through the coupling according to the cylinder surface II-II of FIG. 1, FIG. 3 shows a somewhat smaller scale Section along the line III-III in FIG. 1 and partially through the left side of the gear set driven by the clutch.
The motor 1 drives the large gearwheel 2 via a pinion (not shown), which in turn is coupled to the drive axle 3 via the resilient coupling built into the gearwheel to be described in more detail. The axle 3 is carried by the two wheels 4, only the one on the left is drawn. The ring gear of the gear wheel 2 is firmly connected to the hub parts 7 via the two side disks 6 and is rotatably mounted in the gear wheel housing 9 firmly connected to the motor 1 by means of the roller bearings 8 seated on the latter. The axis 3 of the wheel set can play against the gear 2 in the vertical direction and its center 10 can, as shown in Fig. 1, z. B. are higher by the amount e than the center 11 of the gear. In Fig. 3, however, the axis and gear are shown in a concentric position.
The gear wheel 2 has three forks 16, 17 directed radially inward and the driver 15, which is fixedly seated on the axis 3, has three forks 18, 19 directed radially outward. The forks of the driver are in the gaps between the forks of the gear. The force is transmitted from the forks of the gear to the forks of the driver 15 with the interposition of three sets of two identical spring elements connected one behind the other and with the intermediary of a floating intermediate ring 20. The spring elements, of which only those shown to the left of the vertical center line in FIG consist of helical springs 21, 22, the ends of which are held in the spring plates or spring caps 23, 24, 25, 26.
The spring caps are guided on their circumference, which has the shape of a rectangle, movably in the tangential direction between the two side walls of the ring 20 and the inner and outer cleats 27, 28 of this ring. This mobility is limited by the lateral studs 30, 31, 32, 33 provided on the intermediate ring. One of the spring elements is between the forks 16, 17 of the gear, the other between those 18, 19 of the driver 15 of the axis 3. If no torque acts on the gear and the drive axis is concentric to the axis of rotation of the gear as in Fig. 3, so the inner surfaces of the forks 16, 17 and 18, 19 and the cleats 30, 31 or 32, 33 stand in common planes parallel to the axis 3, respectively stand one behind the other in FIG. 1.
The spring plates then rest against these surfaces with the lowest tension. If, on the other hand, the axis 10 is raised by the distance e with respect to the gearwheel, the springs are compressed. Here z. B. the spring plate 23 of the spring 21 on the fork part 16 of the gear, the plate 24 on the cleats 31 on both sides of the intermediate ring, the plate 25 on the cleats 32 on both sides of the intermediate ring and the plate 26 on the fork part 19 of the driver 15 attached to the drive shaft 3 on, which can also be seen from FIG. Taken alone, these parts result in a torque acting on the driver, which, however, is canceled by the opposite action of the other springs of the clutch.
In the same way, as shown in FIG. 2, the torque is also transmitted in the clutch from the fork part 16 of the gearwheel
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on the fork part M of the driver 15. On the other forks and spring elements not shown in this section, it takes place in the same direction, so that a resulting total torque results. Two springs 21 and 22 are connected in series. Compared to a normal spring drive with the same number of springs, the springs of the present drive have to absorb twice the force when the depression is reduced by half.
A closer examination of the clutch shown shows that with a given eccentricity e of the drive axis 3, the center point 12 of the floating intermediate ring 20 is set to half the eccentricity and that when the gear and the axis rotate, the intermediate ring 20 rotates around it at the same speed as these parts in the middle between the axis center point and the gear wheel center point 12 rotates. From the intermediate ring through the springs, vertical forces of the same size and in opposite directions act on the one hand on the gear wheel and the chassis frame and on the other hand on the drive axle 3. The force acting on the drive axle has a relieving or stress-relieving effect depending on the position of the gear center point above or below the axis center point stressful on the axis.
Compared with known spring clutches used for the single axle drive of rail vehicles, the spring clutch according to the invention has the advantage of simpler manufacture and better accessibility for the maintenance of the parts that are wearing out. Compared to the resilient couplings working as universal joints, it has the advantage that when the coupled shafts run eccentrically, there is no dancing of the intermediate ring and therefore no free inertia forces occur. If, in particular, the spring elements are guided between parallel flanks of the fork-shaped drivers, which are regularly distributed over the circumference, no oscillating forces occur in the direction perpendicular to this eccentricity or in the direction of the eccentricity due to the above-mentioned setting of the intermediate ring when the two shafts run eccentrically on.
Furthermore, when installing this coupling in a gear according to the drawing, the springs can be accommodated in a space separate from the gear housing, so that no fragments can get into the toothing in the event of a spring break.
Since, as mentioned, the floating intermediate ring rotates around a point in the middle of this eccentricity when the coupled rotating parts are in an eccentric position, there are radial sliding movements of the drivers with respect to the spring elements that are only half as large as in the known spring clutches without an intermediate ring. For this reason, it is possible to use the driver forks resting on the spring elements with flat inner surfaces and the
To design spring caps with cambered surfaces, so that the helical springs of the spring elements are always loaded in the direction of their axis and not eccentrically to the same and are thus additionally stressed.
Small outward displacements of the contact point on the cambered spring caps, which result when a torque is transmitted, can be compensated by moving the contact point 35 with the flat surfaces of the driver radially inward, as with the spring 22 in Fig. 1 is indicated, so that the point of contact falls in the axis of the coil springs at the torque that occurs most often.
The two side cheeks of the ring 20 can be firmly connected to one another by flanges 36, as is indicated in FIG. 3 and in FIG. 1 in the case of the spring 21 a in dashed lines.
But they can be arranged independently of one another and only guided through the spring caps 23, 24, etc. The friction of the side cheeks of the ring 20 on the side plates 6 of the gearwheel when playing the clutch can be increased by springs 37 inserted between the side cheeks and used to dampen the torsional vibrations of the two coupled shafts, possibly with the installation of friction-increasing linings.
When using the coupling as a shaft coupling, the driver 15 is correspondingly firmly connected to one shaft and one of the hubs 7 to the other shaft, the toothing on the circumference of the coupling housing being omitted.
PATENT CLAIMS:
1. Universally movable, resilient coupling in which the torque is transmitted from one of the coupled parts by resilient elements to an intermediate ring and from this via resilient elements to the other of the coupled parts, characterized in that the spring elements are mounted movably in the circumferential direction only in the intermediate ring and are carried by the same, that furthermore, on each of the two parts that are coupled to one another, at least three drivers each engaging in the intermediate ring and subjecting the spring elements to pressure are provided regularly distributed over the circumference.