<Desc/Clms Page number 1>
Drehfedernde Wellenkupplung
Die Erfindung betrifft eine federnde Wellenkupplung, die mindestens eine, zwischen einem An- und einem Abtriebsteil eingeschaltete Schraubenfeder aufweist, deren ein-und umbeschriebene Hüllfläche je einen Rotationskörpermantel darstellt, wobei die Schraubenfeder mit mindestens einer dieser Hüllflächen an einem zusätzlichen zentrierenden Anlagekörper anliegt, der eine, einen entsprechenden Rotations- körpermantel bildende Anlagefläche aufweist.
Es sind Wellenkupplungen dieser Art bekanntgeworden, bei denen das sogenannte Seilschlingen-Prin- zip ausgenutzt wird. Beiihnen werden mittels eines kleinen, radialen, druckerzeugenden Schräubchens die
Federenden gegen je ein im Innern der Schraubenfeder liegendes Nabenstück angedrückt. Soweit sich die
Schraubenfeder nicht auf diesen Nabenstücken abstützen kann, sind in ihrem Innern gegeneinander ver- drehbare Ringe angeordnet. Wenn sich einmal unter Last die Schraubenfeder enger gezogen hat und die
Nabenstücke und die Ringe blockierend erfasst sind, entsteht eine torsionsstarre Kupplung ohne weiteren
Schlupfwinkel. Von dieser Kupplung können daher keine Aufgaben übernommen werden, die Drehfederung verlangen.
Es sind auch biegeelastische Drehmomentskupplungen bekanntgeworden, die Schlag an Schlag gewickelte Schraubenfedern aufweisen, bei denen die Schraubenfedern mit gegenläufigem Wicklungssinn mit satter Passung ineinandergeschoben sind und bei denen die Schraubenfederenden an den Nabenstücken angeschweisst sind. Auch diese Kupplungen sind torsionsstarr und federn bei wechselndem Drehmoment nicht.
Bei manchen bekannten Kupplungen wird ein Ringspalt abnehmender Breite in der Kupplung dadurch geschaffen, dass man die Materialstärke des Federmaterials kontinuierlich kleiner macht. Die Feder arbeitet bei dieser Kupplung mit Fliehkraftgewichten zusammen, dient also Regelungsaufgaben.
Es hat sich nun gezeigt, dass in manchen Anwendungsfällen die Frequenz und die Charakteristik solcher, ungedämpft drehfedernder Elemente für den gewünschten Zweck nicht brauchbar istund eine Dämp- fung erwünscht wäre. Auf dem Wege einer Dämpfung der Federungs-Charakteristik durch zusätzliche Massen, Gegenfedern und dämpfende Zusatzglieder (Stoss-Dämpfer) lassen sich die gewünschten Federungsverhältnisse häufig auch nicht erzielen, abgesehen davon, dass diese Mittel hinsichtlich Raum-und Kosten aufwendig sind.
Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht die Erfindung vor, dass die Schraubenfeder in an sich bekannter Weise ausschliesslich mit ihren Stirnflächen durch eine stoffschlüssige Haftverbindung mit dem An- bzw.
Abtriebsteil verbunden ist und dadurch mit den Innenflächen der Federendwindungen in dieser, eine Seilschlingwirkung gegenüber etwaigen ins Federinnere ragende Zapfen des An-bzw. Abtriebsteiles ausschlie- ssenden Lage gehalten sind sowie dass ferner der oder die Anlagekörper jeweils über die genannte Federlänge reichen.
Eine solche Kupplung hat die wünschenswerten Eigenschaften. Bei ihr tritt bei der einen Drehrichtung der Antriebswelle eine elastisch federnde Längung (bei anderer Wickelrichtung : Verkürzung) des satt an der Anlagefläche des Zentrierkörpers anliegenden Federdrahtes ein. Dieser Längenänderung wirkt die Anlagereibung des Federdrahtes an den Zentrierkörper entgegen. Diese Reibung wächst mit zunehmendem, mit der Längung einhergehenden Festspannen der Federwindung auf den Zentrierkörper, was zur progressiven Änderung der Dämpfungswirkung führt.
<Desc/Clms Page number 2>
Dieses Zusammenspiel der elastischen Längenänderung und der Bremswirkung ergibt eine überraschend gute Lösung des Problems, wie es weder bei den biegsamen Wellen noch bei den Winkelausschläge zulas- senden Kupplungen vorliegt.
Vorteilhaft ist, wenn der Anlagekörper als innerer Kern der Schraubenfeder vorgesehen ist. Dadurch wird der im Innern einer Schraubenfeder sowieso vorhandene Hohlraum sinnvoll ausgenützt. Zweckmässig ist, wenn der Anlagekörper als innere Kernhülse vorgesehen ist. Dadurch wird die Kupplung leichter und man spart an Material. Einen einfachen Mantel für die Kupplung erhält man dadurch, dass der Anlagekör- per als äussere Überfanghülse auf der Schraubenfeder vorgesehen ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Darin zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch ein Torsionsfederungselement zwischen zwei Wellenstümpfen mit einem inne- ren Zentrierkörper ; Fig. la einen Schnitt gemäss der Linie 1-1 in Fig. 1, Fig. 1b in graphischer Darstel- lung die bei dem Torsionsfederungselement nach Fig. 1 erzielte Dämpfung in Abhängigkeit vom Torsions- winkel ; Fig. 2 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 für ein Beispiel im äusserem Zentrierkörper ; Fig. 3 einen
Schnitt entsprechend Fig. 1 für ein Beispiel mit einem inneren und einem äusseren Zentrierkörper ;
Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 für ein Beispiel mit einem als Drahtwendel ausgebildeten inneren Zen- trierkörper ; Fig. 5 einen Schnitt entsprechend Fig. 3 für ein Beispiel mit einem als Drahtwendel ausge- bildeten inneren und äusseren Zentrierkörper ; Fig. 6 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 mit besonderer Ge- staltung der Feder und des Zentrierkörpers Fig. 6a ein Diagramm entsprechend Fig. 1b für das Beispiel nach Fig. 6.
Gemäss Fig. 1 ist zwischen zwei als An- und Abtriebsteil wirkende, geschnitten dargestellte Wellen
13 und 15 eine zylindrische Schraubenfeder 17 in der Weise eingeschaltet, dass sie stoffschlüssig (Haft- verbindung) mit den Stirnflächen der beiden einander zugekehrten Enden dieser Wellen verbunden z. B. angeschweisst, angelötet od. dgl. ist. Die in den Ausführungsbeispielen rechteckigen Querschnitt aufwei- senden Windungen der einlagigen Schraubenfeder 17 sind Schlag an Schlag gewickelt. Mit ihrer inneren zylindrischen Hüllfläche liegt die Schraubenfeder 17 an einem als zylindrische Kernhülse ausgebildeten Zentrierkörper 12 an (s. auch Fig. la).
Die Hülse 12 ist hiebei mit ihren beiden Enden passend auf Stirn- zapfen 13a und 15a geführt, die an den einander zugekehrten Enden der Wellen 13 und 15 vorgesehen sind.
Die Stirnzapfen 13a und 15a können z. B. an die einander zugekehrten Enden der Wellen 13 und 15 an- gedreht sein.
Mit einem seiner beiden Enden ist der Zentrierkörper 12 mit dem An- oder Abtriebsteil fest verbun- den, z. B. an eine der Stirnflächen der Wellenenden angeschweisst, oder auf einem der Zapfen 13a oder
15a verstiftet oder verschweisst.
Diese Befestigung ist aber nicht erforderlich. Die zwischengeschaltete Schraubenfeder 17 haftet je- doch lediglich mit ihren Stirnflächen z. B. durch Schweissen oder Löten an den diesen zugekehrten Stirn- flächen der Enden der Wellen 13 und 15.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von jenem in Fig. 1 gezeigten nur dadurch, dass die Enden der Schraubenfeder 17 hiebei unmittelbar auf den Stirnzapfen 13a und 15azen-
EMI2.1
der als zylinderförmige Hülse ausgebildeten Zentrierkörpers 18 anliegt. Die Schraubenfeder 17 haftet aus- schliesslich mit ihren Stirnflächen durch Schweissen oder Löten an den An- und Abtriebsteilen, also an den Stirnflächen der einander zugekehrten Enden der Wellen 13 und 15.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Torsionsfederungselement tritt bei der einen, bei dem in Fig. 2 dargestellten in der hiezu entgegengesetzt gerichteten Drehung der Antriebswelle eine elastisch federnde Längenänderung des satt an der Anlagefläche des Zentrierkörpers anliegenden Federdrahtes ein. Dabei wird eine mit der Zunahme des Torsionswinkels a linear ansteigende Dämpfung der aus dieser Drahtlängenänderung der Schraubenfeder resultierenden Drehfederung in der Drehmomentsübertragung zwischen An- und Abtrieb (s. graphische Darstellung in Fig. Ib) erzielt, jedoch nur bei einer Drehrichtung der Antriebswelle.
In Fig. 3 ist ein Torsionsfederungselement dargestellt, das die Wirkungsweise der beiden in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele in sich vereinigt, also in beiden Drehrichtungen der Antriebswelle zur progressiven Änderung der Federungscharakteristik führt.
Für die gleiche Schraubenfeder 17 ist hiebei ein innerer und ein äusserer als Zylinderhülse ausgebildeter Zentrierkörper 19 bzw. 21 vorgesehen. Hiedurch liegt also die. zylinderförmige Feder 17 mit ihrer äusseren Hüllfläche an der Innenfläche der Hülse 21 und mit ihrer inneren Hüllfläche an der Aussenfläche der Hülse 19 an. Jeweils eines der beiden Enden der Hülse 19 und 21 ist mit dem An-oder Abtriebsteil fest verbunden, was jedoch wieder nicht erforderlich ist. Die Feder 17 ist, wie zu den andern Beispielen er-
<Desc/Clms Page number 3>
läutert, nur stirnseitig angeschweisst.
Werden bei den Beispielen nach Fig. 1 und 3 die den Zentrierkör- per bildenden Hülsen ebenfalls durch eine gegenläufig zur Schraubenfeder 17 gewickelte Drahtwendel mit zylindrischen Hüllflächen ersetzt, so erhält man die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispie- le. Dabei sind die lediglich als Zentrierkörper wirkenden Drahtwendel in Fig. 4 mit 22 und in Fig. 5 mit
24 und 26 bezeichnet. Diese können in diesem Falle mit beiden Enden am An-und Abtriebsteil befestigt sein.
Dadurch tritt dann zusätzlich zu der elastischen Längung des Schraubenfederdrahtes eine elastische Längs- zusammendrückung des Wendeldrahtes ein. Diese Drahtwendel können nach Herstellung und Gestalt mit den Schraubenfedern identisch sein.
In Fig. 6 ist auf einem Teil der Länge des Torsionsfederungselementes zwischen der inneren Hüll- fläche einer Schraubenfeder 28 und der ihr zugeordneten Aussenfläche des Zentrierkörpers 29 ein vom Fe- derende her an Breite abnehmender Ringspalt 30 vorgesehen. Dies bedeutet ein verzögertes Anliegen der
Windungen der Schraubenfeder 28 am Zentrierkörper 29 und damit eine entsprechende Verzögerung des
Beginns der durch die Drahtlängung erlangbaren Federungsdämpfung. Ein Diagramm hiezu ist in Fig. 6a dargestellt.
Selbstverständlich können auch mehrfach zusammengewickelte Schraubenfedern verwendet werden.
Ferner kann man auch daran denken, die Zahl der im Wechsel mit als Zentrierhülsen wirkenden entgegengesetzt gewickelten Drahtwendel gegenüber Fig. 5 noch weiter zu steigern. Für die Erzielung der gewünschten Übertragung wesentlich höherer Drehmomente (das Zwanzig- bis Achtzigfache) als bei entsprechenden biegsamen Wellen und für das genaue Arbeiten dürfen solche Federn natürlich nicht einfach auf ihrem Zentrierkörper gewickelt sein, sondern müssen einzeln mit solcher Präzision z. B. durch Überschleifen hergestellt sein, dass sie"saugend passend"wie ein dichter Kolben auf den Zentrierkörper aufgeschoben oder in ihn eingeschoben werden. Sie müssen auch stirnseitig senkrecht zur Federachse geschliffen und ausschliesslich mit der Schliffebene stoffschlüssig mit An- und Abtrieb verbunden sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehfedernde Wellenkupplung,-die mindestens eine zwischen einem An- und einem Abtriebsteil eingeschaltete Schraubenfeder aufweist, deren ein-und umbeschriebene Hüllfläche je einen Rotationskörpermantel darstellt, wobei die Schraubenfeder mit mindestens einer dieser Hüllfläche an einem zusätzli- chen Anlagekörper anliegt, der eine einen entsprechenden Rotationskörpermantel bildende Anlagefläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (17, 28) in an sich bekannter Weise ausschliesslich mit ihren Stirnflächen durch eine stoffschlüssige Haftverbindung mit dem An- bzw.
Abtriebsteil (13,15) verbunden ist und dadurch mit den Innenflächen der Federendwindungen in dieser eine Seilschlingwirkung gegenüber etwaigen ins Federinnere ragenden Zapfen (13a, 15a) des An- bzw. Abtriebs- teiles ausschliessenden Lage gehalten sind sowie dass ferner der oder die Anlagekörper jeweils über die ge- samte Federlänge reichen.