Einrichtung zur Verbindung zweier Wellen mittels einer Kardanwelle Das Hauptpatent betrifft eine Einrichtung zur Ver bindung zweier axialen und/oder winkligen und/oder parallelen Verschiebungen ausgesetzter Wellen mittels einer Kardanwelle, wobei zur Verbindung jedes der bei den Enden der Kardanwelle mit je einem :Ende der bei den anderen Wellen je :eine zentrierende Gelenkhebel kupplung und jeweils mindestens drei Gelenkhebeln dient, die über Gelenke an der einen bzw. anderen Welle und der Kardanwelle angreifen.
Bei dieser Einrichtung sind dabei die Gelenke der beiden Gelenkhebelkupplungen als sphärische Gelenke ausgebildet. Die dort zur Verwendung kommenden Ge- lenkhebelkupplungen sind statisch bestimmt, d. h., bei axialer oder kardanischer Bewegung der beiden Wellen zueinander treten keine Verspannungskräfte, auf und die Rückstellkräfte resultieren nur aus der kardanischen Bewegung der Kugelgelenke der Gelenkhebel.
Bei einer Kupplung mit vier Gelenkhebeln oder einer sogenannten Mehrlenkerkupplung treten bei einer kardanischen Be wegung der Wellen zueinander Zwangskräfte auf, die bei der Verwendung von Gummikugelgelenken durch die radiale Einfederungsmöglichkeit derselben in minima len Grenzen gehalten werden.
Sind die Gelenkhebel wie bei der Anordnung nach dem Hauptpatent am Umfang gleichsinnig angeordnet, so tritt bei einer axialen Bewe@- gung der einen Welle gegenüber der anderen keine Zwangskraft auf; es findet jedoch hierbei dann bei einer axialen Bewegung eine minimale Verdrehung der Wel len gegeneinander statt.
Solche zentrische Gelenkhebel- kupplungen werden daher zweckmässigerweise dort an gewandt, wo eine grosse axiale Bewegungsmöglichkeit der Wellen gegeneinander erwünscht ist. Ist eine axiale Auslenkung vorhanden, tritt bei .einer Drehmoment übertragung infolge der Schrägstellung der Gelenkhebel eine Axialkräft auf, d. h., die Kardanwelle muss durch wenigstens eine der Gelenkhebelkupplungen axial ge führt sein.
Bei der im Hauptpatent beschriebenen zen trischen Gelenkhebelkupplung mit gleichsinnig angeord neten Gelenkhebeln werden bei der Übertragung eines Drehmomentes je nach Drehrichtung alle Gelenkhebel auf Zug oder alle auf Druck beansprucht. Bei einer Zug beanspruchung der Gelenkhebel ist, bezogen auf die bei einer Axialverschiebung der Wellen auftretenden Axial kräfte, eine stabilisierende Wirkung vorhanden, da mit grösser werdendem Drehmoment auch die Rückwirkung zum Zentrum grösser wird.
Bei einer Druckbeanspru chung dagegen wird mit grösser werdender Axialbewe- gung die auslenkende Axialkraft grösser. Infolge dieses Unterschiedes bezüglich der verschiedenen Drehrichtun gen sind das kritische Drehzahlverhalten und die Am plituden für die Axialbewegungen verschieden.
In Weiterentwicklung des Gegenstandes des Haupt patentes ist die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung mit Gelenkhebelkupplungen zu schaffen, welche eine gute kardanische und axiale Bewegungsmöglichkeit bei zen trischer Führung der Wellen zueinander besitzen, bei denen jedoch bei axialen und kardanischen Auslenkun- gen keine Axialkraft auftritt und bei denen das kritische Drehzahlverhalten in axialer Richtung, bezogen auf beide Drehrichtungen, gleich ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfin dungsgemäss darin, dass wenigstens eine der beiden Ge- lenkhebelkupplungen mindestens 2n Gelenkhebel auf weist, wobei n eine ganze Zahl und grösser als 1 ist, und dass von je zwei Gelenkhebeln der eine gegenüber dem anderen gegensinnig angeordnet ist. Die an den Enden der Gelenkhebel angeordneten Gelenke sind zweckmä- ssigerweise aus gummielastischem Material bestehende Kugelgelenke.
Die eine der beiden an den Enden der Kardanwelle angeordneten Gelenkhebelkupplungen weist also wenig stens vier Gelenkhebel auf, wobei die Hälfte derselben gegenüber der anderen Hälfte gegensinnig angeordnet ist.
Bei einer axialen Bewegung der Wellen gegeneinan der werden die Gelenkhebel ausgelenkt. Die bei Über tragung eines Drehmomentes auftretenden, durch die Schrägstellung der Gelenkhebel bedingten Axialkräfte heben sich auf, so dass auf die Wellen und ihre Lagerun gen hierdurch keine Axialkräfte einwirken und auch keine Anregung für eine Axialschwingng erfolgt.
Auch bei einer axialen und kardanischen Bewegung der beiden Wellen zueinander ist der Vorteil vorhanden, dass keine resultierende Axialkraft auftritt.
Da die Verhältnisse, d. h. Zug- und Druckbean- spruchungen im Falle zweier gleicher Gelenkhebelkupp- lungen auch durch Umkehrung der Drehrichtung nicht verändert werden, ist kein Unterschied im kritischen Drehzahl-Verhalten bei dieser Einrichtung bei verschie denen Drehrichtungen vorhanden.
Durch geeignete Ab stimmung der Länge der Gelenkhebel und durch Fest legung des Abstandes der Anlenkpunkte der einzelnen Wellen lässt sich erreichen,
dass die Winkelgleichlauf- genauigkeit bei kardanischer Auslenkung wesentlich grösser ist als bei einem normalen Kreuzgelenk. Bei einer axialen Bewegung der beiden Wellen zueinander treten Zugkräfte in der einen Hälfte der Gelenkhebel auf und es erfolgt eine radiale Einfederung in den Gummikugel gelenken.
Eine Axialbewegung bedingt aber keine Ver- drehbewegung der Wellen zueinander, so dass sich Axial bewegungen bei der Einrichtung nicht mehr der Dreh bewegung überlagern können, wodurch eine ideale Gleichlaufgenauigkeit bei einer axialen Bewegung ge währleistet ist. Infolge der radialen Einfederung von Gummigelenken ist jedoch die Grösse der axialen Be wegungsmöglichkeit beschränkt. In den meisten Anwen dungsfällen, insbesondere bei Verwendung dieser Ein richtung bei Antrieben für Schienenfahrzeuge, reicht diese axiale Bewegungsmöglichkeit aus.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Ein richtung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgen den näher erläutert. Es zeigen: die Fig. 1 und 2 eine erfindungsgemässe Einrichtung mit Kupplungen mit vier Gelenkhebeln in einer Ansicht und in einem Schnitt entlang der Linien A-B und diel Fig.3 eine Einrichtung mit Kupplungen mit sechs Gelenkhebeln.
In den Figuren ist mit 1 die Kardanwelle und mit 2 die an- bzw. abtreibende Welle bezeichnet. Die Welle, 2 ist in nicht dargestellten Lagern gelagert. Mit 21 ist ein ringförmiger, mit der Welle 2 fest verbundener Körper bezeichnet, an dessen Innenseite sphärische Gelenke an geordnet sind, an denen die Gelenkhebel 3:1, 32 angrei fen. Mit der Kardanwelle 1 ist in Fig.1 ein etwa recht eckiger Körper 11 und in Fig. 3 ein sternförmiger Kör per 111 fest verbunden. Diese Körper weisen nahe an ihren Ecken ebenfalls sphärische Gelenke 12 auf.
An den Gelenkren 12 greifen die anderen Enden der Ge- lenkhebel 31 bzw. 32 an. Die Gelenkhebel 31 sind in Drehrichtung der Wellen und die Gelenkhebel 32 in ent gegengesetzter Richtung angeordnet.
Für die Verbindung einer Kardanwelle, mit zwei zu kuppelnden Wellen können je nach den Erfordernissen am einen Ende der Kardanwelle eine geeignete Kupplung und am anderen Ende eine ebensolche oder eine Kupp lung mit nur in gleicher Richtung angeordneten Gelenk hebeln angeordnet sein.
Die Anwendung solcher Kupp lungen ist beispielsweise bei elektrischen Triebfahrzeu gen sowohl für die Kupplung des Grossrades mit dem Treibrad, wobei die Kardanwelle als Hohlwelle ausge führt ist, als auch für die Kupplung der Motorwelle, die in diesem Falle als Hohlwelle ausgebildet ist, mit dem Ritzel des Getriebes möglich.
Die Einrichtung kann aber auch zur Kupplung eines elastisch aufgestellten Dieselmotors mit einem fest aufgestellten elektrischen Generator dienen.
Device for connecting two shafts by means of a cardan shaft The main patent relates to a device for connecting two axial and / or angular and / or parallel displacements exposed shafts by means of a cardan shaft, whereby to connect each of the ends of the cardan shaft with one: the end of the each of the other shafts: a centering articulated lever coupling and at least three articulated levers each, which act on one or the other shaft and the cardan shaft via joints.
In this device, the joints of the two articulated lever couplings are designed as spherical joints. The articulated lever couplings used there are statically determined, i. In other words, with axial or cardanic movement of the two shafts relative to one another, no tensioning forces occur and the restoring forces result only from the cardanic movement of the ball joints of the articulated levers.
In a coupling with four articulated levers or a so-called multi-link coupling occur in a cardanic Be movement of the shafts to each other constraining forces that are kept in minima len limits when using rubber ball joints by the radial deflection of the same.
If the articulated levers are arranged in the same direction on the circumference, as in the arrangement according to the main patent, no constraining force occurs when one shaft moves axially relative to the other; However, a minimal rotation of the Wel len against each other then takes place during an axial movement.
Such central articulated lever couplings are therefore expediently used where a large possibility of axial movement of the shafts relative to one another is desired. If there is an axial deflection, an axial force occurs when torque is transmitted due to the inclined position of the articulated lever, i.e. This means that the cardan shaft must be axially guided by at least one of the articulated lever couplings.
In the zen cal articulated lever coupling described in the main patent with the same direction angeord designated articulated levers, depending on the direction of rotation, all articulated levers are stressed on train or all on pressure when transmitting a torque. In the event of a tensile stress on the articulated lever, there is a stabilizing effect based on the axial forces occurring during an axial displacement of the shafts, since the reaction to the center also increases as the torque increases.
In the event of a pressure load, however, the greater the axial movement, the greater the deflecting axial force. As a result of this difference in terms of the various Drehrichtun conditions, the critical speed behavior and the amplitudes for the axial movements are different.
In a further development of the subject matter of the main patent, the task is to create a device with articulated lever couplings which have a good cardanic and axial movement possibility with central guidance of the shafts to one another, but in which no axial force occurs with axial and cardanic deflections and with which the critical speed behavior in the axial direction, based on both directions of rotation, is the same.
The solution to the problem posed is, according to the invention, that at least one of the two articulated lever couplings has at least 2n articulated levers, where n is an integer and greater than 1, and that of two articulated levers each is arranged in opposite directions to the other. The joints arranged at the ends of the articulated levers are expediently ball joints made of rubber-elastic material.
One of the two articulated lever couplings arranged at the ends of the cardan shaft therefore has at least four articulated levers, half of which are arranged in opposite directions relative to the other half.
With an axial movement of the shafts against one another, the articulated levers are deflected. The axial forces that occur when a torque is transmitted and caused by the inclined position of the articulated levers cancel each other out, so that no axial forces act on the shafts and their bearings and there is also no excitation for an axial oscillation.
Even with an axial and cardanic movement of the two shafts with respect to one another, there is the advantage that no resulting axial force occurs.
Since the conditions, i.e. H. If tensile and compressive stresses are not changed in the case of two identical articulated lever couplings, even by reversing the direction of rotation, there is no difference in the critical speed behavior with this device in different directions of rotation.
By suitable coordination of the length of the articulated lever and by defining the distance between the articulation points of the individual shafts,
that the angular synchronization accuracy with cardanic deflection is much greater than with a normal universal joint. With an axial movement of the two shafts to each other, tensile forces occur in one half of the articulated lever and there is a radial deflection in the rubber ball joints.
An axial movement, however, does not require any rotational movement of the shafts with respect to one another, so that axial movements can no longer be superimposed on the rotary movement during the device, which ensures ideal synchronization accuracy for an axial movement. Due to the radial deflection of rubber joints, however, the size of the axial movement is limited. In most application cases, especially when using this device in drives for rail vehicles, this axial movement option is sufficient.
Embodiments of the inventive device are shown in the drawing and explained in more detail below. 1 and 2 show a device according to the invention with couplings with four articulated levers in a view and in a section along the lines A-B and FIG. 3 shows a device with couplings with six articulated levers.
In the figures, 1 denotes the cardan shaft and 2 denotes the driving or driven shaft. The shaft 2 is supported in bearings (not shown). With an annular, firmly connected to the shaft 2 body is referred to, on the inside of which spherical joints are arranged on which the articulated lever 3: 1, 32 attack fen. With the cardan shaft 1, an approximately rectangular body 11 and in Fig. 3, a star-shaped body by 111 is firmly connected in FIG. These bodies also have spherical joints 12 near their corners.
The other ends of the articulated levers 31 and 32 act on the articulated reeds 12. The articulated levers 31 are arranged in the direction of rotation of the shafts and the articulated levers 32 in opposite directions.
For the connection of a cardan shaft with two shafts to be coupled, depending on the requirements at one end of the cardan shaft, a suitable coupling and at the other end a similar or a Kupp treatment with only hinge levers arranged in the same direction can be arranged.
The use of such Kupp lungs is for example in electric Triebfahrzeu conditions both for the coupling of the large wheel with the drive wheel, with the cardan shaft leading out as a hollow shaft, and for the coupling of the motor shaft, which is designed as a hollow shaft in this case, with the pinion of the transmission possible.
However, the device can also be used to couple an elastically installed diesel engine to a permanently installed electrical generator.