Gelenkkupplung zur Übertragung der Drehbewegung einer Welle auf eine zu dieser mindestens zeitweise exzentrisch liegende Welle, insbesondere zum Antrieb der Achsen von Schienenfahrzeugen. Bekannte Gelenkkupplungen sind oft kompliziert und daher teuer in Anschaffung und Unterhalt und weisen in den allermeisten Fällen freie Massenkräfte von rotierenden Teilen und auch Ungleichmässigkeiten in der Übertragung der Drehbewegung von einer der gekuppelten Wellen auf die andere auf, indem bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der einen Welle die andere nicht mit kon stanter Winkelgeschwindigkeit, sondern mit Geschwindigkeitsschwankungen mitläuft.
Bei grosser Drehzahl dieser Wellen können solche Eigenschaften der Gelenkkupplung im. Be triebe gefährlich werden durch grosse zusätz liche Kräfte und durch Erregung von Schwin gungen im Übertragungssystem.
Bei -der Gelenkkupplung nach der Erfin dung wird der Nachteil ungleichförmiger Übertragung behoben; bei einfacher Bauart lassen sich auch alle andern Nachteile vor- meiden. Erfindungsgemäss ist an einer der Wellen senkrecht zu deren Achse eine Schwenkwelpe drehbar gelagert, an der zwei mit der Schwenkwelle in einer Ebene lie gende Hebel befestigt sind, deren freie, mit Gleitsteinen versehene Enden von der .Schwenkwelle gleich weit abstehen und in parallel zur Schwenkachse verlaufende, an der andern Welle befestigte Kulissen ein greifen.
In der Zeichnung sind Ausführungs- beispiele der erfindungsgemässen Gelenk kupplung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1, 2 und 3 die Kupplung im Längs schnitt, Seitenriss und Grundriss, Fig. 4 das Schema der Kupplung, Fig. 5 den Einbau,der Kupplung in die Achse eines Radsatzes eines Schienenfahr zeuges, Fig. 6 das Schema einer Variante, Fig. 7, 8 den Einbau der Kupplung in das Triebrad eines Radsatzes eines Schie nenfahrzeuges.
In Fig. 1 ist in einem Querhaupt 3 der einen, Welle 1 die Schwenkwelle 4 gelagert, an deren Enden die beiden Hebel 5 befestigt sind. Diese Hebel sind gleich lang, und es liegen beide in der durch die Achse der Schwenkwelle 4 gelegten Ebene. Die Enden der Hebel 5 sind als Kugelköpfe 6 ausgebil det und tragen die Steine 7. Die andere Welle 2 trägt ebenfalls ein Querhaupt: 8, in welchem parallel zur Schwenkwelle 4 ver laufende Kulissen 9 vorgesehen sind, in welche die Steine 7 eingreifen und darin ge führt sind.
In Fig. 2 sind die Lager 10 der Schwenk welle 4 als im Schnitt gezeichnet leicht er kennbar. Die Achse der Welle 2 ist um den Betrag e gegen die Welle 1 verschoben ge zeichnet. Das Lager von 2 kann fest oder ge genüber dem Lager von 1 beweglich angeord net sein.
Die Fig. 3 zeigt rechts die obere Kulisse 9 im Schnitt mit dem daran anliegenden Stein 7 des Hebels 5.
In Fig. 4 ist die Kupplung schematisch in einer der Fig. 2 entsprechenden Stellung gezeichnet. Entsprechende Teile sind gleich wie in den vorhergehenden Figuren bezeich net. In dieser Figur ist punktiert die Stel lung der Kupplungsstelle angegeben, die nach Drehung der einen Welle um den Winkel a entsteht. Es ist zu erkennen, dass bei dieser Bewegung die Achse 8a der Kulissen und die Schwenkwelle 4 parallel zueinander bleiben, ,dass aber die Stellung der Hebel 5 sieh ändert, und dass die Gleitsteine 7 in den Kulissen 9 in radialer Richtung gleiten, der eine nach aussen, der andere nach innen. Würde die Drehung fortgesetzt bis a =<B>90'</B> ist, so wür den die Hebel 5 bis in eine Lage parallel zu den Wellen 1 und 2 gedreht.
Stets aber blei ben dabei die Achsen 8a und die Schwenk welle 4 parallel zueinander, so dass beide Wellen stets, den gleichen Drehwinkel ha.- ben. Der Weg der Kulissensteine während einer Umdrehung der Wellen 1, 2 ist gleich der doppelten Exzentrizität 2e der Wellen 1 und 2. Ist von der einen Welle auf die andere ein Drehmoment zu übertragen, so wirken von den beiden Steinen 7 aus auf die Gleit fläche der Kalissen entgegengesetzte, aber (Y e ich grosse Kräfte P. Infolgedessen haben die Lager der Wellen 1 und 2 keine über schüssige, von der Kupplung herrührende Kräfte aufzunehmen.
Es ist auch leicht er sichtlich, dass die getriebene Welle 2 sich ab solut genau gleich schnell dreht wie die trei bende Welle 1, da der von der Welle 1 be schriebene Drehwinkel a infolge der ständi gen Parallelität der Schwenkachse 4 mit der Achse 8a des Querhauptes 8 stets gleich dem von der Welle 2 beschriebenen Drehwin kel ist.
Ferner zeigt die Kupplung nach Fig. 1 bis 4 keine überschüssigen Fliehkräfte oder Fliehkraftmomente, da sich die Fliehkräfte aller Kupplungsteile gegenseitig aufheben. Diese Eigenschaft ist für schnellaufende Kupplungen ausserordentlich wichtig.
Die Hebel 5 können auch statt senkrecht zur Welle 4 schief zu derselben gestellt wer den, sofern nur die Projektionen der Hebel längen der in der Bleiehen Ebene mit der Schwenkwelle liegenden Hebel 5 auf eine zur Schwenkwelle 4 senkrechte Ebene gleich lang sind; die Eigenschaften der Kupplung blei ben dabei, unverändert. Es können also zum Beispiel die Hebel 5 so angeordnet werden, dass der Abstand ihrer beiden Enden wesent lich grösser ist als die Länge der Schwenk- welle 4.
Fig. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Gelenkkupplung nach der Erfindung auf den Antrieb einer einzelnen Achse eines Schienenfahrzeuges. Die Rad satzachse 14 des Schienenfahrzeuges wird vom Rahmen 15 aus federnd über nicht ge zeichnete Achslager an den Stellen 16 be- lastet. Die Achse 14 des Radsatzes trägt das Querhaupt 3, in welchem analog Fig. 1 die Schwenkachse 4 gelagert ist, deren feste He bel 5 in Kulissen 9 eingreifen, die in dem drehbar bei 13 gelagerten Hohlkörper 17 an- gebracht sind.
Der Hohlkörper 17 trägt einen Zahnkranz 18, der von irgendeinem Motor angetrieben sein kann, sei es nun ein Elektro-, Dampf- oder Verbrennungsmotor etc.
Die Schwenkwelle 4 durchsetzt hier die Rad achse 14 durch eine Bohrung 19 hindurch. Statt dessen kann aber die Schwenkwelle 4 in ihrer Mitte mit einem die Radachse mit Abstand umgebenden Ring versehen sein oder auch neben der Achse 14 durchgehend angeordnet werden. Eine Durchbohrung der Radachse ist in diesen beiden Fällen nicht mehr nötig. Der Ring muss von der Radachse 14 so weit abstehen, dass er ungehindert die relativ kleinen Schwenkbewegungen der Welle 4 mitmachen kann, ohne dabei die Rad achse 14 zu berühren.
Die Achsen der Schwenkwelle 4 und des Querhauptes 8 können, ohne die Eigenschaf ten der Gelenkkupplung bezüglich Übertra gung der Drehbewegung zu ändern, ausser halb der Achsen der Wellen 1 und 2 ange ordnet werden, wie bereits erwähnt und wie Fig. 6 näher zeigt, in der die Achsen der Schwenkwelle 4 und des die Kulissen 9 tra genden Querhauptes 8 im Abstand a von den bezüglichen Wellenachsen 1 und 2 ange bracht sind. Die Wellen 1 und 2 sind in die sem Beispiel übereinander exzentrisch im Abstand e angeordnet und die Schwenkwelle 4 ist in der horizontalen Lage gezeichnet. Die relative Stellung der Elemente der Gelenk- kuupI:ung entspricht jener von Fig. 4.
Um volle Symmetrie auch bei dieser aussermitti gen Lage der Kupplung zu erzielen, kann, wie in dieser Fig. 6 gezeigt, noch eine zweite Gelenkkupplung mit den Elementen 4', 5', 8', 9' vorgesehen werden. Die Lager 10, 10' der beiden Schwenkwellen 4 und 4' sind mit der Welle 1 fest verbunden, die die Kulissen 9, 9' tragenden Querhäupter 8 und 8' sind mit der Welle 2 fest verbunden.
In Fig. 6 sind .die Gelenkkupplungen noch in einer um den Winkel a verdrehten Stel lung punktiert eingezeichnet. Es ist leicht zu erkennen, dass auch bei aussermittiger An ordnung der Kupplungsteile eine völlig gleich förmige Bewegungsübertragung von Welle 1 auf Welle 2 stattfindet; da .die Achsen der Kulissen 8, 8' stets zu den Schwenkwellen 4, 4' parallel bleiben.
Die Anordnung von zwei Schwenkwellen 4 ist in Fig. 7 und 8 in Anwendung auf den Antrieb eines Radsatzes eines Schienenfahr zeuges gezeigt. Das Zahnrad 18 ist über ein nicht gezeichnetes Ritzel von einem im Fahr zeugrahmen befestigten Elektromotor 20 an getrieben und ist auf einem am Motor 20 festen Hohlzapfen 21 gelagert. Der Fahrzeug rahmen 22 stützt sich über nicht gezeichnete Federn und Lager auf die Stellen 14 der Achse 16 des Radsatzes ab. Am. Rad 23 sind mittels Lagern 10 die beiden Schwenkwellen 4 gelagert. Die daran befestigten Hebel 5 greifen mittels der Gleitsteine 7 in die zu den Schwenkwellen 4 parallelen Kulissen 9 des Zahnrades 18 ein.
In den Radscheiben sind Öffnungen 25 vorgesehen, durch welche die Hebel 5 hindurchgreifen.
Bei den Anordnungen sowohl nach Fig. 5 als auch nach Fig. 7, 8 können in das Zahn rad Federn eingebaut werden, die in bekann ter Weise erlauben, das Drehmoment vom Zahnkranz 18 auf den Zahnkörper oder die Nabe federnd zu übertragen.
Wie bereits bemerkt, kann auch nur eine Schwenkwelle ausserhalb der Wellen 1, 2 resp. der Achse 16 angeordnet sein, also zum Beispiel eine der Schwenkwellen 4 von Fig. 8 weggelassen werden, sofern dies die Bean- spruchung der Kupplungsteile nicht unzuläs sig erhöht.
Um auch in diesem Fall keine überschüssigen Fliehkräfte entstehen zu las sen, können beim Beispiel von Fig. 7 und 8 auf der Seite der wegfallenden Schwenkwelle 4 sowohl im Rad 23 als auch im Zahnrad Ge gengewichte vorgesehen werden, welche die exzentrisch liegenden Massen der Kupplung ausgleichen.
Es kann natürlich sowohl Welle 1 als auch Welle 2 die treibende Welle sein.
In Fig. 2 und 4 steht der Wellenabstand e (Exzentrizität) senkrecht zur Schwenk- wel@lenachse meiner sogchen Stellung der letz teren, bei der die Steine 7 ihre Mittellage in den Kulissen 9 einnehmen. Ist Welle 1 gegen Welle 2 von Fig. 4 in einer andern Richtung, zum Beispiel 2-1', verschoben, so arbeitet die Kupplung ohne Änderung der beschriebenen Eigenschaften auch bei dieser geänderten ge genseitigen Lage der Wellen 1 und 2 ein wandfrei.
Die erfindungsgemässe Gelenkkupplung kann auch in andern Gebieten des Maschinen baues angewendet werden, in denen Wellen mit konstanter oder variabler Exzentrizität zu kuppeln sind.
Articulated coupling for transmitting the rotational movement of a shaft to a shaft that is at least temporarily eccentric to it, in particular for driving the axles of rail vehicles. Known articulated couplings are often complicated and therefore expensive to purchase and maintain and in the vast majority of cases have free inertia forces from rotating parts and also irregularities in the transmission of the rotary motion from one of the coupled shafts to the other, in that the other shaft has a constant angular velocity does not run at a constant angular speed, but with speed fluctuations.
At high speed of these shafts, such properties of the articulated coupling in the. Businesses become dangerous through large additional forces and through the excitation of vibrations in the transmission system.
In the articulated coupling according to the invention, the disadvantage of non-uniform transmission is eliminated; With a simple design, all other disadvantages can also be avoided. According to the invention, a swivel puppy is rotatably mounted on one of the shafts perpendicular to its axis, to which two levers lying in one plane with the swivel shaft are attached, the free ends of which are provided with sliding blocks protrude equally far from the swivel shaft and extend parallel to the swivel axis , the scenes attached to the other shaft intervene.
In the drawing, exemplary embodiments of the articulated coupling according to the invention are shown in simplified form, specifically showing: FIGS. 1, 2 and 3 the coupling in longitudinal section, side elevation and plan, FIG. 4 the diagram of the coupling, FIG. 5 the installation, the Coupling in the axle of a wheel set of a rail vehicle, Fig. 6 shows the scheme of a variant, Fig. 7, 8 the installation of the coupling in the drive wheel of a wheel set of a rail vehicle.
In Fig. 1, the pivot shaft 4 is mounted in a crosshead 3 of the one, shaft 1, at the ends of which the two levers 5 are attached. These levers are of the same length and both lie in the plane laid by the axis of the pivot shaft 4. The ends of the lever 5 are as spherical heads 6 ausgebil det and carry the stones 7. The other shaft 2 also carries a crosshead: 8, in which parallel to the pivot shaft 4 ver running scenes 9 are provided, in which the stones 7 engage and ge therein leads are.
In Fig. 2, the bearings 10 of the pivot shaft 4 as drawn in section are easily recognizable. The axis of the shaft 2 is shifted by the amount e against the shaft 1 draws ge. The bearing of FIG. 2 can be fixed or movable relative to the bearing of FIG.
On the right, FIG. 3 shows the upper link 9 in section with the stone 7 of the lever 5 lying against it.
In FIG. 4 the coupling is shown schematically in a position corresponding to FIG. Corresponding parts are identified in the same way as in the previous figures. In this figure, the position of the coupling point is indicated by dotted lines, which arises after rotation of one shaft by the angle a. It can be seen that during this movement the axis 8a of the link and the pivot shaft 4 remain parallel to each other, but that the position of the lever 5 changes, and that the sliding blocks 7 slide in the link 9 in the radial direction, one after outside, the other inside. If the rotation were continued until a = <B> 90 '</B>, the levers 5 would be rotated into a position parallel to the shafts 1 and 2.
However, the axes 8a and the pivot shaft 4 always remain parallel to one another, so that both shafts always have the same angle of rotation. The path of the sliding blocks during one revolution of the shafts 1, 2 is equal to twice the eccentricity 2e of the shafts 1 and 2. If a torque is to be transmitted from one shaft to the other, the two blocks 7 act on the sliding surface of the Kalissen opposite, but (Y e I large forces P. As a result, the bearings of shafts 1 and 2 do not have to absorb any excess forces resulting from the coupling.
It is also easy to see that the driven shaft 2 rotates at exactly the same speed as the driving shaft 1, as the rotation angle a written by the shaft 1 due to the constant parallelism of the pivot axis 4 with the axis 8a of the crosshead 8 is always the same as the angle described by the shaft 2 Drehwin.
Furthermore, the coupling according to FIGS. 1 to 4 does not show any excess centrifugal forces or centrifugal moments, since the centrifugal forces of all coupling parts cancel each other out. This property is extremely important for high-speed clutches.
The lever 5 can also instead of perpendicular to the shaft 4 askew to the same who, provided that only the projections of the lever lengths of the levers 5 lying in the lead plane with the pivot shaft are the same length on a plane perpendicular to the pivot shaft 4; the properties of the coupling remain unchanged. For example, the levers 5 can be arranged in such a way that the distance between their two ends is substantially greater than the length of the pivot shaft 4.
Fig. 5 shows, as an embodiment, the application of the articulated coupling according to the invention to the drive of a single axle of a rail vehicle. The wheel set axle 14 of the rail vehicle is resiliently loaded from the frame 15 via axle bearings (not shown) at the points 16. The axis 14 of the wheel set carries the crosshead 3, in which the swivel axis 4 is mounted analogously to FIG. 1, the fixed levers 5 of which engage in links 9 which are mounted in the hollow body 17 rotatably mounted at 13.
The hollow body 17 carries a ring gear 18 which can be driven by any motor, be it an electric, steam or combustion engine, etc.
The pivot shaft 4 penetrates the wheel axis 14 through a bore 19 through here. Instead, however, the pivot shaft 4 can be provided in its center with a ring surrounding the wheel axle at a distance or it can also be arranged continuously next to the axle 14. In these two cases, it is no longer necessary to drill through the wheel axle. The ring must protrude so far from the wheel axle 14 that it can participate in the relatively small pivoting movements of the shaft 4 without hindrance without touching the wheel axle 14.
The axes of the pivot shaft 4 and the crosshead 8 can be arranged outside of the axes of the shafts 1 and 2, as already mentioned and as FIG. 6 shows in more detail, without changing the properties of the articulated coupling with regard to transmission of the rotary movement the axes of the pivot shaft 4 and the scenes 9 tra lowing crosshead 8 at a distance a from the related shaft axes 1 and 2 are introduced. The shafts 1 and 2 are eccentrically arranged one above the other in this example at a distance e and the pivot shaft 4 is drawn in the horizontal position. The relative position of the elements of the joint coupling corresponds to that of FIG. 4.
In order to achieve full symmetry even with this off-center position of the coupling, a second articulated coupling with the elements 4 ', 5', 8 ', 9' can be provided, as shown in this FIG. 6. The bearings 10, 10 'of the two pivot shafts 4 and 4' are firmly connected to the shaft 1, the crossheads 8 and 8 'carrying the connecting links 9, 9' are firmly connected to the shaft 2.
In Fig. 6, the articulated couplings are drawn in dotted lines in a position rotated by the angle α. It is easy to see that even when the coupling parts are off-center, a completely uniform transmission of motion from shaft 1 to shaft 2 takes place; because .the axes of the scenes 8, 8 'always remain parallel to the pivot shafts 4, 4'.
The arrangement of two pivot shafts 4 is shown in Fig. 7 and 8 in application to the drive of a wheel set of a rail vehicle. The gear 18 is driven via a pinion, not shown, of an electric motor 20 attached to the vehicle frame and is mounted on a hollow pin 21 fixed to the motor 20. The vehicle frame 22 is based on springs and bearings, not shown, on the points 14 of the axle 16 of the wheel set. At the. Wheel 23, the two pivot shafts 4 are mounted by means of bearings 10. The fastened levers 5 engage by means of the sliding blocks 7 in the connecting links 9 of the gear 18, which are parallel to the pivot shafts 4.
In the wheel disks openings 25 are provided through which the levers 5 reach.
In the arrangements both according to FIG. 5 and according to FIG. 7, 8 springs can be installed in the gear wheel, which allow in well-known manner to resiliently transmit the torque from the ring gear 18 to the tooth body or the hub.
As already noted, only one pivot shaft outside of the shafts 1, 2, respectively. the axis 16, so for example one of the pivot shafts 4 of FIG. 8 can be omitted, provided that this does not increase the stress on the coupling parts inadmissibly.
In order to avoid excessive centrifugal forces in this case, counterweights can be provided in the example of FIGS. 7 and 8 on the side of the omitted pivot shaft 4 in both the wheel 23 and the gear wheel, which compensate for the eccentric masses of the clutch .
Both wave 1 and wave 2 can of course be the driving wave.
In FIGS. 2 and 4, the shaft distance e (eccentricity) is perpendicular to the pivot axis of my so-called position of the latter, in which the stones 7 assume their central position in the scenes 9. Is shaft 1 against shaft 2 of Fig. 4 in a different direction, for example 2-1 ', the clutch works without changing the properties described even with this changed ge mutual position of shafts 1 and 2 a flawlessly.
The articulated coupling according to the invention can also be used in other areas of mechanical engineering in which shafts with constant or variable eccentricity are to be coupled.