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Federgelenk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Federgelenk, wie es zur Übertragung von Kräften zwischen Wel- len verwendet wird, die während des Betriebes ihre gegenseitige Lage verändern. Solche bekannten Fe- dergelenke haben gegenüber den Kreuz-, Kugel- und Scheibengelenken den Vorteil, dass sich die Ver- längerung der beiden zu verbindenden Wellen nicht in einem Punkte treffen müssen. Federgelenke be- dürfen auch geringerer Wartung und sind robuster im Betrieb.
Es sind bereits Federgelenke bekannt, die aus Draht in einer oder mehreren Lagen gewickelt werden.
Man hat auch schon die Anschlussstücke für die anschliessenden Wellen in einer rechteckigen oder qua- dratischen Form angepresst. Diese bekannten Federgelenke sind jedoch massiv ausgebildet, d. h., um eine
Drahtseele sind mehrere Lagen eines runden Drahtes gewickelt und die Vierkanten an den Enden werden angepresst.
Gemäss der Erfindung wird der Drahtwickel des Federgelenkes als Hohlwelle ausgebildet, deren Hohl- raum mindestens an den beiden Enden einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt. Auf diese Weise entsteht an den Enden des Federgelenkes eine Art Steckschlüssel, der auf den Zapfen der treibenden bzw. getriebenen Welle geschoben ist. Die Erfindung kann dadurch weiter gebildet werden, dass die Hohlwelle auch aussen einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt, so dass die treibende bzw. getriebene Welle das Ende des Federgelenkes auch von aussen umfassen kann. Während die
Vier- oder Mehrkanten an den bekannten Federgelenken durch das Anpressen Kerbwirkungen und damit eine Bruchgefahr hervorrufen, ist dies beim Federgelenk gemäss der Erfindung ausgeschlossen.
Es kaon- nen auch grössere Kräfte übertragen werden, weil die treibende bzw. getriebene Welle aussen und innen an das Federgelenk angreifen können. Dementsprechend kann der gesamte Durchmesser des Verbindungteiles zwischen Federgelenk und Welle kleiner gehalten werden.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Fig. 1 - 10 der Zeichnung dargestellt sind. Die Fig. 1 stellt ein Federgelenk nach der Erfindung dar, bei dem am oberen Rande der Anschluss an eine treibende Welle mit Hilfe eines mehrkantigen Zapfens hergestellt ist. Dagegen ist am unteren Ende sowohl der innere Teil der Hohlwelle als auch der äussere Teil zur Verbindung mit einer treibenden oder getriebenen Welle verwendet. Die Fig. 2, 3 und 4 stellen den Querschnitt eines Federgelenkes gemäss Fig. l nach der Linie A-B dar. Die Fig. 5 zeigt ein Zwischenstück, wie es bei dem unteren Anschluss des Federgelenkes nach Fig. 1 verwendet wird. Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Federgelenk, an das der von der Kreisform abweichende Querschnitt in kaltem Zustand angepresst wird.
Die Fig. 8 stellt eine Schweissvorrichtung dar, mit deren Hilfe die Enden der Drähte des Federgelenkes miteinander verschweisst werden. Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Wickeldorn, mit dessen Hilfe Federgelenke gemäss Fig. 1-4 gewickelt werden können.
Zunächst wird Bezug genommen auf Fig. 9 ujid 10. Mit dem dort dargestellten Wickeldorn können Federgelenke nach Fig. l gewickelt werden. Der Wickelkörper besteht aus einem Formstahl, z. B., wie dargestellt, aus einem Vierkantstahl. Dieser wird zunächst mit einer durchgehenden Bohrung 1 versehen und dann an beiden Enden konisch aufgebohrt. Dies ist für ein Ende bei 2 dargestellt. Dann wird der Vierkantstahl in der Längsrichtung über Kreuz aufgeschnitten, wie durch die Einschnitte 3 in Fig. 10 gezeigt.
Man erhält dann die vier Teile 4, 5, 6 und 7. Zwei Begrenzungsplatten 8 und 9 erhalten ein dem Formstahl entsprechendes Loch, im vorliegenden Beispiel also ein viereckiges. Es werden dann die vier Teile 4 - 7 in die Begrenzungsplatten 8 und 9 eingelegt. Mit Hilfe konischer Stifte 10 und 11 werdendie
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vier Teile 4 - 7 nach aussen gedrückt, u. zw. gegen die inneren Begrenzungslinien der Begrenzungsplat- ten 8 und 9, deren Sitz auf dem Formstahl auch die Länge des Federgelenkes bestimmt. Der Formstahl wird dann in der gewünschten Weise, z.
B. auf der Drehbank, bewickelt, u. zw., wie weiter unten be- schrieben ist, vorzugsweise mit Drähten rechteckigen oder quadratischen Querschnitts und mit so viel La- i gen, wie sie der durch das Federgelenk zu übertragenden Kraft entsprechen. Es wird fortlaufend gewickelt, so dass aufeinanderfolgende Lagen gegenläufigen Drehsinn haben. Durch ein derartiges Wickelverfah - ren entsteht also ein aus gewickelten Federn bestehender Körper, wie er in Ansicht und Längsschnitt in
Fig. 1 und im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Ist der Drahtwickel fertiggestellt, dann werden die ko- nischen Stifte 10 und 11 durch Anziehen der Muttern 12 und 13 gelockert. Dann kann das Federgelenk leicht von dem Wickelkörper getrennt werden.
Unter entsprechender Änderung des Wickelkörpers kann natürlich auch ein dreieckiger Querschnitt gemäss Fig. 2 und ein sechseckiger Querschnitt gemäss Fig. 4 hergestellt werden. ; Wie schon erwähnt, richtet sch die Stärke der Drähte und die Anzahl der Lagen nach der Grösse der zu übertragenden Kräfte. Werden zwei Lagen gewickelt, so entsteht ein Federgelenk, das in beiden Rich- tungen das gleiche Drehmoment übertragen kann. Wie aus den Fig. 1-4 ersichtlich, können natürlich auch mehrere Lagen verwendet werden. Auch können verschiedene Querschnitte des Drahtes und verschie- dene Drahtstärken benutzt werden. Im Gegensatz zu bekannten Federgelenken werden die einzelnen Lä- gen also nicht ineinandergeschoben, sondern unmittelbar aufeinandergewickelt.
Im vorliegenden Bei- spiel nach Fig. 1 entsteht ein Federgelenk mit den Lagen 14,15, 16,17.
Dieses Federgelenk ist in Fig. 8 mit 81 bezeichnet und mit Hilfe der Schrauben 84 zwischen zwei
Klemmbacken 82 und 83, die aus Kupfer bestehen, eingespannt. Die Klemmbacken 82 und 83 sind mit- tels eines Kabelstückes 85 auf dem unteren Elektrodenarm 86 einer nicht im einzelnen dargestellten
Punktschweissmaschine eingespannt. Der obere Elektrodenarm 87 dieser Schweissmaschine besitzt eine vierkantige Elektrode 88. Diese Vierkantelektrode 88 wird nun in den inneren Hohlraum des Federgelenkes
81 eingeführt und dann der Stromkreis für den Schweissvorgang geschlossen. Dadurch werden die Draht- enden des Federgelenkes nach Art der bekannten Punkt- und Stumpfschweissung fest miteinander verbun- den. Das Federgelenk wird dann aus der Schweissmaschine genommen und seine Enden plangeschliffen.
Die treibende Welle 18 im oberen Teil der Fig. 1 besitzt, wenn der Querschnitt der Welle nach Fig. 3 ausgeführt ist, einen vierkantigen Zapfen 19, der in den inneren Teil der aus den gewickelten Drähten entstandenen Hohlwelle eingeführt ist und überträgt so in sicherer Weise das Drehmoment der Welle 18 auf das Federgelenk. Wie ersichtlich, kann der Zapfen 19, der gewissermassen nach Art eines Steck- schlüssels in das Federgelenk eingeführt ist, sich während des Betriebes in der Längsrichtung des Federge- lenkes verschieben, z. B. um den durch a bezeichneten Bereich.
Reicht die Stärke des in den inneren Teil der Hohlwelle geschobenen Zapfens zur Übertragung des erforderlichen Drehmomentes nicht aus, so kann man die Anordnung verwenden, die in Fig. 1 unten zur
Verbindung des Federgelenkes mit der treibenden bzw. getriebenen Welle dargestellt ist. Es wird dabei ein Zwischenstück verwendet, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Dieses besteht aus einem einzigen Stück mit einem Vierkant 20, dessen Querschnitt dem inneren Querschnitt einer Muffe 21 Fig. l entspricht. Der kleinere vierkantige Zapfen 22 des Zwischenstückes nach Fig. 5 wird in das Innere des Federgelenkes hin- eingeschoben, wie in Fig. l dargestellt. Dann wird die Muffe 21 aufgeschoben, deren Ende 23 den äusse- ren Umfang des Federgelenkes umfasst.
Der vordere Teil 24 der Muffe 21 kann kreisförmigen Querschnitt besitzen und wird auf die treibende bzw. getriebene Welle aufgeschoben und mit ihr in bekannter Weise verbunden, z. B. verstiftet oder verkeilt. Auf diese Weise entsteht eine Verbindung zwischen dem Federgelenk und der treibenden oder angetriebenen Welle, die grosse Drehmomente aufzunehmen in der Lage ist, trotzdem aber den Durchmesser der Welle bzw. des Federgelenkes nur wenig vergrössert. Es handelt sich also um eine besonders viel Platz sparende Anordnung.
Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Federgelenk besteht aus drei Lagen 61, 62, 63 eines Vierkantdrahtes, die gegenläufig gewickelt sind. Wie ersichtlich, stellt die Fig. 7 teils einen Schnitt nach der Linie A - B der Fig. 6 dar, teils eine Ansicht des Federgelenkes. Die Fig. 6 zeigt eine Ansicht von vorn. In dem nach rechts dargestellten Teil der Fig. 7 bzw. im vorderen Teil der Fig. 6 besitzt das Federgelenk quadratischen Querschnitt und geht allmählich (in Fig. 7 nach links, in Fig. 6 nach hinten) in einen runden Querschnitt über. Dieser runde Querschnitt wird etwa bei der Windung 64 erreicht.
Zur Herstellung des in Fig. 6 und 7 dargestellten Federgelenkes geht man zweckmässig von verhältnismässig grossen laufenden Längen biegsamer Wellen von rundem Querschnitt aus. Diese werden in der üblichen Weise auf bekannten automatischen Federwickelmaschinen hergestellt. Es sind keinerlei besondere Vorrichtungen erforderlich. In den Abständen, die den Längen der Federgelenke entsprechen, werden dann mit Hilfe hydraulischer Pressen bekannter Konstruktion die Vierkante in kaltem Zustande ange-
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presst. Die Backen der Pressvorrichtung haben die Form der gestrichelten Linie 65 Fig. 7 so dass die VierkÅantform allmählich in die runde Form verläuft. Durch diesen allmählichen Übergang werden Verkantungen und Kerbwirkungen an den einzelnen Drähten vermieden.
Der Pressvorgang erfasst zweckmässig die Enden von zwei benachbarten Federgelenken. Rechts von der Linie C - D hat man sich also symmetrisch zu dem in Fig. 7 dargestellten Federgelenk das benachbarte vorzustellen. Die Backen der Pressvorrichtung verlaufen dann spiegelbildlich der Linie 65 nach rechts weiter. Ist so das vierkantige Ende zweier benachbarter Federgelenke am langen Stück hergestellt, so werden diese voneinander und vom langen Stück in der Mitte der Pressstellen, d. h. längs der Linie C - D mit Hilfe der Trennscheibe getrennt. Das weitere Herstellungsverfahren geht in der oben beschriebenen Art weiter vor sich. Die Verbindung mit der treibenden und der getriebenen Welle erfolgt in der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Weise.
Das Herstellungsverfahren für die unrunden Federgelenke lässt sich vereinfachen, wenn man statt eines vierkantigen einen ovalen Querschnitt wählt. Dann sind für den Pressvorgang nur zwei Pressbacken erforderlich. Dies ist auch dann möglich, wenn ein längliches Rechteck als Querschnitt gewählt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Federgelenk, das aus Draht in einer oder mehreren Lagen gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtwickel als Hohlwelle ausgebildet ist, deren Hohlraum mindestens an den beiden Enden einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt, der nach Art eines Steckschlüssels auf einen Zapfen der treibenden bzw. getriebenen Welle geschoben ist.