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Elastische Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung mit
einem gleichachsig zu den Wellen angeordneten P'neumatikreifen als elastisches Kupplungselement.
Bei diesen bekannten Kupplungen wird der unmittelbar mit den zu kuppelnden Teilen
verbundene Pneumatikreifen über seinen ganzen Umfang auf Schub beansprucht und läßt
nur eine geringe Relativverdrehung zu. Derartige Kupplungen sind daher beispielsweise
als Antriebsverbindung zwischen einer Kolbenmaschine und,der von ihr getriebenen
Arbeitsmaschine oder einer Schiffsschraube nicht geeignet, da damit die Drehmomentspitzen
nur in einem unzureichenden Maße herabgesetzt werden.
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Es sind zwar drehelastische Kupplungen mit einzelnen gleichmäßig in
Umfangsrichtung zwischen einem inneren und äußeren Kupplungsteil verteilten Gummikörpern
bekannt, die eine große Relativverdrehung zulassen. Bei der Entwicklung dieser drehelastischen
Kupplungen in größeren Abmessungen liegt eine Schwierigkeit darin, daß die elastischen
Elemente nicht einfach aus einer Kleinkupplung vergrößert werden können, weil die
elastischen und die Festigkeitseigenschaften der Federelemente nicht mehr denen
einer Kupplung von kleinen Abmessungen entsprechen. Gummifederelemente können beispielsweise
auch nicht in sehr großen Dicken gleichmäßig vulkanisiert werden. Aus diesen Gründen
haben derartige drehelastische Kupplungen von größeren Abmessungen meist nur verhältnismäßig
kleine Verdrehungen.
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Es sind ferner Vorschläge drehelastischer Kupplungen mit einer Reihe
über den Umfang verteilter Rollkörper bekannt, die an geneigten Flächen des einen
oder beider Kupplungsteile abrollen. Bei einem solchen Vorschlag bestehen die Rollkörper
aus schraubenförmig gewundenen Stahlfedern, die bei einer Relativverdrehung der
Kupplungsteile in radialer Richtung elastisch zusammengedrückt und dabei auf Biegung
beansprucht werden. Wenn auch die Rollbahnen über größere Winkel der Kupplung verteilt
werden können, so ist doch die Elastizität der Rollkörper verhältnismäßig begrenzt.
Auch wird mit einem größeren Verschleiß der zum Teil in mehreren Lagen gewundenen
Federelemente zu rechnen sein.
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Nach einem anderen Vorschlag ähnlicher Art soll eine ,drehelastische
Kupplung nur ein begrenztes Drehmoment übertragen, indem über den Umfang verteilte
Rollen sich entweder an einer wellenförmig begrenzten elastischen Schicht des gegenüberliegenden
Kupplungsteils abwälzen oder selbst elastisch gelagert sind. Solche Kupplungen dürften
nur in sehr kleinen Abmessungen brauchbar sein, weil im Falle der elastischen Rollbahn
sehr ungünstige Verformungen auftreten und weil im anderen Falle der elastischen
Lagerung nur verhältnismäßig kleine Kräfte aufgenommen werden können.
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Für -die Herstellung größerer drehelastischer Wellenkupplungen, die
auch Achs- und Winkelversetzungen der Wellen aufnehmen sollen, sind gleichachsig
zu den Wellen angeordnete Pneumatikreifen als elastische Kupplungselemente bekanntgeworden.
Dabei erfolgt die Mitnahme entweder durch radiale Vorsprünge des Reifens, die in
entsprechende Ausnehmungen der Kupplungsteile eingreifen, oder durch Haftreibung
auf Grund einer Anpressung durch den inneren Luftdruck im Reifen. In beiden Fällen
wird der Reifen bei einer Relativverdrehung der Kupplungsteile auf seinem ganzen
Umfang in Schubrichtung verformt. Derartige Beanspruchungen sind unvorteilhaft.
Es können aber auch nur sehr kleine Verdrehungen aufgenommen werden. Die hochgespannte
Luft im Reifen ist an der Arbeitsaufnahme überhaupt nicht beteiligt.
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Nach der Erfindung wird ebenfalls ein gleichachsig zu den Wellen angeordneter
Pneumatikreifen als elastisches Kupplungselement benutzt. Die Erfindung ist gekennzeichnet
durch über den Umfang verteilte Hebel oder Keilbahnen, durch die der Reifen bei
einer gegenseitigen Verdrehung der Wellen in radialer oder axialer Richtung elastisch
eindrückbar ist. Die elastische Zusammendrückung der eingeschlossenen Luft gibt
einen stark progressiven Anstieg der Kräfte, wie es für die Übertragung wechselnder
Drehmomente erwünscht ist. Bei entsprechender Formgebung der den Reifen eindrückenden
Hebel oder Keilbahnen lassen sich große Verdrehungswinkel erreichen. Dabei wird
der Reifen in günstiger Weise beansprucht, nämlich ebenso wie ein Fahrzeugreifen
auf der Straße. Aus diesem Grunde können auch in an sich bekannter Weise normale
Fahrzeugreifen benutzt werden, zumal solche in vielen Abmessungen vorhanden sind.
Weitere
Vorzüge ergeben sich aus der Symmetrie des Pneumatikreifens, nämlich ein allseitig-gleichmäßiger
Druck, der mittels eines in der Welle vorgesehenen Kanals und eines Überdruckventils
auf gleieher Höhe gehalten werden kann. Es ist damit, auch möglich, den Reifendruck
den jeweiligen Verhältnissen anzupassen und gegebenenfalls auch während des Betriebes
zu regeln, um die elastische Weichheit der Kupplung zu verändern.
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Bei der Kupplung nach der Erfindung kann das elastische Eindrücken
des Pneurnatikreifens auf mannigfaltige Weise erfolgen. Bei Eindrückung in axialer
Richtung können unmittelbar am Reifen anliegende Ringscheiben zwischen die Hebel
oder Keile einerseits und den Reifen anderseits eingeschaltet sein, so daß der Reifen
über den ganzen Umfang gleichmäßig zusammengedrückt wird. Bevorzugt wird jedoch
das Eindrücken vom äußeren Umfang her radial nach innen, zumal bei Benutzung normaler
Fahrzeugreifen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind über den Umfang
des Reifens einzelne Winkelhebel oder, für eine Elastizität in beiden Drehrichtungen,
Doppelwinkelhebel vorgesehen, von denen der eine Arm den Reifen eindrückt und der
andere Arm, der die Verbindung mit dem gegenüberliegenden Kupplungsteil herstellt,
nach der Wellenachse hin gerichtet ist. Diese Richtung nach innen hat den Vorteil
verhältnismäßig großer Winkelausschläge der Kupplung. Die Hebelenden werden zweckmäßig
mittels Rollen in radialen Schlitzen des gegenüberliegenden Kupplungsteiles geführt.
Für die Lagerung der Rollen, ebenso wie der Hebelachsen, eignen sich die als Nadellager
bekannten Wälzlager. Damit die Winkelhebel bzw. deren Achsen nicht zu hohe Biegungsbeanspruchungen
erfahren, werden die Winkelhebel vorzugsweise beiderseits des Reifens in je einem
ring- oder sternförmigen Teil gelagert, die mit der Felge für den Reifen fest verbunden
sind. Diese Art der Verwirklichung der Erfindung, bei der die Hebel am gleichen
Kupplungsteil gelagert sind wie der Reifen, hat den besonderen Vorteil, daß der
Reifen selbst keine dem Drehmoment entsprechende tangentiale Schubbeanspruchung
erfährt, sondern nur in Richtung des Reifenquerschnittes zusammengedrückt wird.
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Nach einer anderen Ausführung der Erfindung geschieht das Eindrücken
des Pneumatikreifens, vorzugsweise von seinem äußeren Umfang her, durch Rollkörper,
die zwischen dem Reifen und einer am anderen Kupplungsteil befindlichen, den Reifen
im Abstand gleichachsig umgebenden Kurvenführung angeordnet sind. Die Rollkörper
werden zweckmäßig gemeinsam ist einem Käfig geführt, der einerseits gleichmäßige
Winkelabstände in bezug auf die Wellenachse sichert und anderseits mittels radialer
Schlitze oder tangenr tialer Lenker die radiale Bewegung der Rollkörper bei der
Relativverdrehung der Kupplungsteile ermöglicht.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele. von drehelastischen
Kupplungen nach der Erfindung wiedergegeben.
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Abb: 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform in zwei Teilansichten und
einen Längsschnitt; Abb. 3 und 4 Teigen die andere Ausführung in gleichartigen Bildern.
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Die Kupplung nach Abb. 1 und 2 verbindet die beiden Enden der Wellen
1 und 2. Auf der Welle 1 ist das Seia,.vungrad 3 befestigt, während die Welle 2
den Kupplungskörper 4 trägt. Dieser bildet in seinem mittleren Teil 5 die Felge
für den Pneumatikreifen 6. Zwei ringscheibei'=artige Wände 7, 8, deren letztere
für den Ein- und Ausbau des Pneumatikreifens lösbar am Kupplungsteil 4 befestigt
ist, enthalten die Lagerstellen für die Drehachsen der einzelnen über den Umfang
verteilten Doppelwinkelhebel 9.
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Die Winkelhebel 9 bestehen aus je einem radial nach innen gerichteten
Hebelarm 10 mit einer am Ende daran gelagerten Rolle 11 und einem in der Mittelstellung
etwa tangential zum Reifen 6 angeordneten bogenförmigen Doppelhebel 12, der so gestaltet
ist, daß der Reifen in jeder Winkelstellung des Hebels möglichst nur in radialer
Richtung ohne tangentiale Schubverformung eingedrückt wird. Aus demselben Grunde
und um bei kleinen Winkelausschlägen einen nicht zu geringen Anstieg des Drehmomentes
zu erhalten, liegt der Teil12 schon in der Mittelstellung mit einer gewissen Vorspannung
gegen den Reifen 6.
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In Abb. 1 rechts sind die Winkelhebel 9 in ihrer Mittelstellung, d.
h. bei ganz entlasteter Kupplung, gezeichnet. Im linken Teil der Abb. 1 dagegen
sind die beiden Kupplungsteile um einen Winkel von 151 gegeneinander verdreht.
Dabei sind die Hebelarme 10, deren Rollen 11 in radialen Schlitzen 13 des Schwungrades
3 geführt sind, nach einer Seite hin ausgeschwenkt und haben damit den Doppelhebel
12einseitig in den Reifen 6 hineingedrückt. Man erkennt, daß gegebenenfalls auch
wesentlich größere Winkelausschläge erreichbar sind.
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Bei der Kupplung nach Abb. 3 und 4 trägt die Welle 1 wieder ein Schwungrad
3. und die Welle 2 wieder ein Kupplungsteil 4. Letzteres besteht außer der Nabe,
aus einer Radscheibe 14; der Felge 15 und dem P'neumatikreifen 6.
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Innerhalb des Schwungrades ist eine Kurvenführung 15 mit einer Reihe
über den Umfang verteilter Kurven befestigt. Zwischen der Kurvenführung und denn
Reifen befindet sich eine Anzahl von Rollkörpern 16. Der rechte Teil der Abb. 3
zeigt die Rollkörper in der Mittellage, d. h. bei ganz entlasteter Kupplung. Im
linken Teil der Abb. 3 ist das innere Kupplungsteil mit dem Reifen um einen Winkel
von 18° im Pfeilsinne verdreht wiedergegeben. Dabei sind die Roll k8rper 16 an der
Kurvenführung entlang nach innen gewandert und haben dabei den Reifen entsprechend
von außen her eingedrückt. Auf diesem Wege, während dessen die Achsen der Rollkörper
sich um das durch zwei kleine Kreise begrenzte Maß 17 bewegen, wälzt sich der Reifen
unter den Rollkörpern um das weitere, ebenfalls durch zwei kleine Kreise begrenzte
Maß 18 ab, so daß die gesamte Relativverdrehung der Kupplungsteile der Summe der
Winkelwege entspricht.
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Die Rollkörper 16 werden zweckmäßig geführt, damit ein gleichmäßiger
Abstand auf dem Umfange erhalten bleibt. Hierfür ist in Abb. 3 und 4 ein Käfig vorgesehen,
bestehend aus zwei Ringen 19, die durch Stehbolzen 20 untereinander verbunden sind,
und den an diesen Ringen gelagerten Lenkerpaaren 21, deren freies Ende die Achsen
22 der Rollkörper 16 trägt. Die Lenker werden vorteilhaft mit den Achsen
verdrehungssteif verbunden, damit ein Verschränken unmöglich ist.
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Unter Umständen, besonders wenn die Rollkörper 16 in der Mittelstellung
der Kupplung durch den beiderseitigen Anstieg der Kurven eindeutig gehalten sind,
kann ein Führungskäfig der gezeichneten Art gespart werden. Es genügt dann, der
Kurvenführung eine Breite entsprechend der Rollenlänge zu geben und die Rollkörper
durch seitliche Bunde an einer axialen Verschiebung zu hindern. Hierfür müssen die
mit ebenen Stirnflächen ausgeführten Rollkörper im Verhältnis zu ihrem Durchmesser
eine kleine Länge haben,
damit kein Verkanten eintritt. Eine solche
Führung, die auch in dem Beispiel nach Abb. 3 und 4 notwendig sein wird, ist dort
der Einfachheit halber nicht mitgezeichnet.