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Kupplung zur Ubertragung eines Drehmoments Die Erfindung (bezieht
sich auf eine Kupplung, welche dazu dient, ein Drehmoment von einer treibenden Welle
auf eine getriebene Welle zu übertragen, wobei zwischen diesen beiden Wellen eine
elastische Verdrehung möglich sein soll. Kupplungen dieser Art werden beispielsweise
dazu benutzt, um bei einem Kraftfahrzeug das Drehmoment des Motors auf die Kardanwelle
oder von der Kardanwelle auf die Fahrzeugräder zu übertragen. Dabei soll sich die
Kupplung bis zu einem gewissen Grade einer Winkelstellung zwischen den beiden Wellenachsen
anpassen können und in manchen Fällen auch in der Lage sein, Drehschwingungen zu
dämpfen.
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Es sind zu diesem Zweck Kupplungen bekanntgeworden, bei denen eine
Reihe von tangential angeordneten, mit der treibenden Welle verbundenen Schwinghebeln
und eine Reihe von tangential angeordneten, mit der getriebenen Welle verbundenen
Schwinghebeln auf einem Kreisumfang aneinandergereiht sind, wobei jeder Schwinghebel
durch eine erste Reihe von Elementen direkt an die ihm beiderseits benachbarten
Schwinghebel und durch eine zweite Reihe von Elementen an die treibende bzw. getriebene
Welle angelenkt ist. Es ist auch bekannt, die Gelenkelemente elastisch in Form von
Gummibuchsen auszubilden.
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Bei den bisher bekannten Kupplungen dieser Art wird die Relativverdrehung
zwischen der treibenden und der getriebenen Welle lediglich durch radiale Deformationen
der Gummibuchsen ermöglicht, wobei die Gummibuchsen einer Druckbeanspruchung unterworfen
werden. Der erreichbare Grad der Relativverdrehung ist daher nur gering. Die Möglichkeit
einer Verdrehung hört demgemäß schon bei kleinen Ausschlägen auf. Durch die Erfindung
wird bezweckt, diese bekannten Kupplungen zu verbessern.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß jeder Schwinghebel
durch die zweite Reihe von nahe dem Mittelpunkt eines jedenSchwinghebels angebrachten
Elementen an die treibende bzw. an die getriebene Welle angelenkt ist, daß die Gelenkelemente
einer oder beider Reihen aus gegen Verdrehung widerstandsfähigen elastischen Elementen
bestehen und daß die Innenkanten von benachbarten Schwinghebeln durch in radialen
Öffnungen derselben angebrachte Puffer distanziert sind, wobei die Gelenkelemente
einer oder beider Reihen eine Winkelverschiebung der Wellen bis zu einem gewissen
Grade und bei genügend großer Winkelverschiebung einen Wirkeingriff der Puffer zwecks
direkter Übertragung der Antriebskraft ermöglichen.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine Relativverdrehung der
Kupplungsteile auf einem verhältnismäßig großen Bereich von relativen Winkelverschiebungen
zwischen der treibenden und der getriebenen Welle aufrechterhalten bleibt und daß
die Relativverdrehung über den ganzen Bereich der Winkelverschiebungen der Wellen
im wesentlichen konstant bleibt. Dadurch, daß die treibende und die getriebene Welle
an die Schwinghebel nahe deren Mittelpunkten angelenkt sind, wird inVerbindung mit
den elastischen Gelenkelementen erreicht, daß eine Änderung der Winkelstellung eine
entsprechende relative Winkeleinstellung der Schwinghebelreihen hervorruft. Die
Puffer, welche bei Überschreitung eines bestimmten Wertes der Winkelstellung der
beiden Wellen wirksam werden, um das Drehmoment zu übertragen, gewähren auch über
diese Winkelstellung hinaus noch ein gewisses Maß an Relativverdrehung, da sie dann
elastisch deformiert werden.
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Die gegen Verdrehung widerstandsfähigen elastischen Elemente bestehen
vorzugsweise aus Gummi od. ä. Material und können die Form von Gummibuchsen haben,
welche an ihrem äußeren und an ihrem inneren Umfang mit den Teilen, an denen sie
befestigt sind, in Eingriff stehen oder fest verbunden sind. In jedem Falle ist
es besonders vorteilhaft, die Gummibuchsen dieser Gelenkelemente radial unter Vorspannung
zu setzen.
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Die Anzahl der Schwinghebel in den beiden Reihen hängt im wesentlichen
von den Abmessungen der Kupplung und von dem zu übertragenden Drehmoment ab und
kann beliebig groß sein, wobei jedoch mindestens zwei Schwinghebel in jeder Reihe
vorhanden sein müssen.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung in zwei Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulicht. Fig. 1 zeigt eine Stirnansicht, und
Fig.2
zeigt eine Seitenansicht und einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Mg. 1 eines Schwinghebels
für eine Kupplung mit vier Schwinghebeln; Fig.3 zeigt eine Stirnansicht, und Fig.4
zeigt eine Seitenansicht und einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig.-3 einer Kupplung
mit vier Schwinghebeln; Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3;
- - -Fig.6 ist eine Stirnansicht einer Baugruppe mit sechs Schwinghebeln, und Fig.
7 ist ein diametraler Schnitt .durch eine Kupplung gemäß Fig.6, welche zwischen
treibenden und getriebenen Gliedern einer Kraftübertragung montiert ist.
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Die im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 4 beschriebene Kupplung' ist
zur Verwendung in der vorderen Hälfte der Kardanwelle eines von einem Schwerölmotor
angetriebenen Personen- oder Lastwagens bestimmt, wobei diese Welle die Kraft entweder
von dem Motor zu einem gesondert montierten Getriebegehäuse oder von einem mit dem
Motor verbundenen Getriebegehäuse zu einem von einem Querstück getragenen Zwischenlager
überträgt. Insbesondere dient diese Kupplung zum Gebrauch in Personen-Omnibussen,
bei denen der Motor etwas nach einer Seite des Vorderteiles des Fahrzeugchassis
verschoben ist, wobei er infolgedessen der Verbindung - eine ständige Winkellage
auferlegt.
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Bei dieser Kupplung sind vier Schwinghebel 11
vorgesehen, von
denen einer in Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist. Ein jeder solcher Schwinghebel
11 hat einen Mittelteil 12 von annähernd sektorförmiger Gestalt, der an der
im Zusammenbau inneren Seite zwei Abflachungen 13 aufweist, die in einem Winkel
von etwa 120° zueinander liegen. An den beiden Enden der Schwinghebel sind Ohren
14 und 15 angeordnet, deren Stärke so verringert ist, daß sie sich überlappen können.
Beispielsweise besteht das Ohr 14 eines Schwinghebels 11 aus einer einzelnen Zunge,
welche zwischen die beiden Schenkel des anderen, gegabelten Ohres 15 eines anderen
Schwinghebels paßt.
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Die vier Schwinghebel 11 sind, wie Fig.3 veranschaulicht, in
einer gemeinsamen Ebene tangential rund um einen Kreis zusammengefügt, wobei das
Ohr 14 des einen Schwinghebels das Ohr 15 des unmittelbar benachbarten Schwinghebels
überlappt. In dieser Weise sich überlappend sind die Ohren in einer noch näher zu
beschreibenden Weise aneinandergelenkt, so daß sie ein einheitliches System bilden,
dessen äußere Gestalt sich einer Scheibenform nähert, wobei die inneren Abflachungen
13 zwischen sich einen kreuzförmigen Raum abgrenzen, dessen Arme sich nach den Ohren
hin leicht verjüngen.
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Die Achsen der drei Drehzapfen oder Drehpunkte eines jeden Schwinghebels,
nämlich die zu den benachbarten Schwinghebeln und die, welche zu einem der beiden
Kupplungsteile gehören, oder, präziser ausgedrückt, die Mittelpunkte der Ohrenöffnungen
17 und 18 und der mittleren Öffnung 16 liegen in einer geraden Linie.
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An einer Seite dieser scheibenförmigen, aus vier Schwinghebeln bestehenden
Baugruppe ist ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Kupplungselement in
Form eines zweiarmigen Speichensterns od. dgl. angeordnet, der sich diametral über
die Scheibe erstreckt und der in einer noch näher zu beschreibenden Weise an die
Mittelteile 12 von zwei gegenüberliegenden Schwinghebeln 11 angelenkt ist. Auf der
anderen Seite der Baugruppe ist ein ebenfalls nichtnäher dargestelltes, ähnliches
bzw. gleiches Kupplungselement in gleicher Weise in bezug auf das andere Schwinghebelpaar
11 angeordnet. Wenn die Kupplung in ein Drehmomentübertragungssystem eingebaut ist,
erhält das eine Speichenkreuz das Drehmoment von einer treibenden Welle, während
das andere Speichenkreuz das Drehmoment auf eine getriebene Welle überträgt.
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Die Gelenkverbindung zwischen dem Ohr 14 des einen Schwinghebels 11
und dem Ohr 15 des nächsten Schwinghebels und die Gelenkverbindung zwischen dem
Mittelteil 12 eines Schwinghebels und dem entsprechenden Arm des nicht dargestellten,
drehmomentübertragenden Speichenkreuzes sind sämtlich einer Verdrehung Widerstand
-entgegensetzende elastische Verbindungen, d. h., sie bieten einer Verschiebung
der um die Gelenkachse drehbaren Teile einen elastischen Widerstand. Als gegen Verdrehung
widerstandsfähige elastische Gelenkverbindungen zwischen den Teilen können Gummibuchsen
gebraucht werden. So ist aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, daß der Mittelteil 12 eines
jeden Schwinghebels mit einer weiten Öffnung 16 versehen ist, während das Ohr 14
eine engere Öffnung 17 und das Ohr 15 eine noch engere Öffnung 18 aufweist.
In die weite mittlere Öffnung ist mit Preßsitz eine Gummibuchse eingepaßt, die aus
einer äußeren Hülse 19, einer inneren Hülse 20 und einer dazwischenliegenden
Füllung 21 aus Gummi besteht, und in die innere Hülse 20 ist mit Preßsitz der Zapfen
22 des entsprechenden Speichenkreuzes eingepaßt. Ähnlich ist in die größere Öffnung
17 der beiden Ohrenöffnungen mit Preßsitz eine Gummibuchse cingepaßt, die aus einer
äußeren Hülse 23, einer inneren Hülse 24 und einer dazwischen angeordneten Gummifüllung
25 besteht, und in die innere Hülse 24 ist mit Preßsitz ein Bolzen 26 eingepaßt,
der durch die kleinere Öffnung 18 in dem Ohr 15 hindurchgeht.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die gerade Linie durch den Mittelpunkt
eines ein Paar Schwinghebel verbindenden Gelenkelements und durch den Mittelpunkt
des einen dieser Schwinghebel mit der treibenden Welle -verbindenden Gelenkelements
zu einer ebenfalls vomMittelpunkt des einPaarSchwinghebel verbindenden Gelenkelements
ausgehenden geraden Linie, die zum Mittelpunkt des -den anderen Schwinghebel mit
der getriebenen Welle verbindenden Gelenkelements führt, im rechten Winkel a verläuft,
wie in Fig. 3 angegeben ist.
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Wenn bei einer solchen Kupplung eine Relativverdrehung zwischen dem
treibenden und dem getriebenen Speichenkreuz stattfindet, schwingen die vier Schwinghebel
derart, daß sich die beiden radialen Arme eines Durchmessers der kreuzförmigen,
durch die Kanten 13 begrenzten Öffnung nähern und verlängern, während die beiden
Arme auf den rechtwinklig dazu stehenden Durchmesser der kreuzförmigen Öffnung verbreitert
und verkürzt werden. Dieser Verschiebung leisten sämtliche acht Gummibüchsen Widerstand,
welche dabei einer Verdrehungs- und Druckbeanspruchung ausgesetzt sind.
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Auf den radialen Kanten 13 der vier Schwinghebel, d. h. innerhalb
der Arme der kreuzförmigen Öffnung, sind Puffer 27 aus Gummi od. dgl. befestigt.
Wenn die Winkelverschiebung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Speichenkreuz
so groß wird, daß die beiden radialen Arme der kreuzförmigen Öffnung auf dem einen
Durchmesser weitgehend verengt werden, dann kommen die Puffer 27 in diesen sich
verengenden Armen in direkten Eingriff miteinander bzw. mit den gegenüberliegenden
Abflachungen 13. Dadurch wird- die Belastung direkt von dem treibenden Speichenkreuz
auf
das getriebene Speichenkreuz übertragen und die Beanspruchung der Gummigelenke zwischen
den benachbarten Schwinghebeln begrenzt.
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Während alle acht Buchsen die gleiche Verdrehungsablenkung aufweisen,
kann der von ihnen geleistete Widerstand zwischen denjenigen, welche die vier Schwinghebel
mit den Speichenkreuzarmen verbinden und denjenigen, welche die Schwinghebel miteinander
verbinden, in jedem gewünschten Verhältnis geteilt werden. Es kann sein, daß es
besser ist, wenn der größere Teil des Verdrehungswiderstandes von den Speichenkreuzbuchsen
geleistet wird. Hierfür können verschiedene Gründe maßgebend sein, in welchem Umfang
die Einrichtung in der Lage sein soll, als Universalgelenk zu wirken, und in welchem
Grade die Speichenkreuzverbindungsbuchsen einen großen Durchmesser und eine große
Dicke haben müssen. Wenn ein fliegend gelagerter Zapfen verwendet wird, ist es besser,
ihn mit einem großen Durchmesser herzustellen oder mit einem Zentrierbund oder -zapfen
von großem Durchmesser zu versehen, weil die größten Lasten gerade von dem treibenden
Speichenkreuz auf das getriebene Speichenkreuz durch die Puffer übertragen werden
und, sobald einmal die größte Winkelbewegung absorbiert ist, keine weitere Belastung
auf die Gelenke der Scheibe ausgeübt wird und weil eine solche Konstruktion dazu
neigt, bei einem gegebenen Teilungsradius den kleinsten Gesamtdurchmesser zu ergeben.
Schließlich, wenn die Gelenkzapfen nur einen kleinen Anteil des Drehmoments aufnehmen,
können sie in üblicher Weise nach der Art, welche nur eine innere Buchse aufweist,
hergestellt und nachher in die verbundene Einheit eingefügt werden.
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Es scheint wahrscheinlich zu sein, daß die Wirkungen der Anordnung
der Schwinghebelgelenke auf einem kleineren Teilkreis und die Verwendung von mehr
als zwei Schwinghebeln in jedem Satz im wesentlichen die gleichen sind. In beiden
Fällen wird eine der Folgen sein, daß der anteilige Grad vermehrt wird, in welchem
die Buchsen bei einer Winkelverschiebung zwischen den Speichenkreuzen gedrückt werden.
Ferner sucht die Zugverbindung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Speichenkreuz
bis zu einem bestimmten Grad auszugleichen.
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Die in den Fig.6 und 7 der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsform
der Erfindung ist besonders geeignet für das Kraftübertragungssystem einer Diesellokomotive.
Aus der bereits gegebenen Beschreibung und durch die Verwendung der gleichen Bezugszeichen
für gleiche bzw. ähnliche Teile sind die Einzelheiten dieser zweiten Ausführungsform
ohne weitere ausführliche Erläuterung verständlich. Man sieht, daß die Hauptunterschiede
zwischen dieser und der ersten Ausführungsform darin bestehen, daß bei dieser Ausführung
sechs Schwinghebel 11 an Stelle von vier Schwinghebeln vorgesehen sind, daß
ferner an Stelle von sämtlich untereinander gleichen und jeweils mit einem massiven
Ohr und einem gegabelten Ohr versehenen Schwinghebeln jeder Schwinghebel in sich
selbst symmetrisch ausgebildet ist, indem er entweder zwei Puffer 27 oder gar keine
hat, und daß die Achsen der drei Gelenke eines jeden Schwinghebels nicht in einer
geraden Linie ausgerichtet sind.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die gerade Linie durch den Mittelpunkt
eines ein Paar Schwinghebel verbindenden Gelenkelements und durch den Mittelpunkt
der diese Schwinghebel mit der treibenden Welle verbindenden Gelenkelements zu einer
ebenfalls vom Mittelpunkt des ein Paar Schwinghebel verbindenden Gelenkelements
ausgehenden geraden Linie, die zum Mittelpunkt des den anderen Schwinghebel mit
der getriebenen Welle verbindenden Gelenkelements führt, in einem Winkel ß verläuft,
der etwas kleiner als ein rechter Winkel ist, wie in Fig.6 angedeutet ist.
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In Fig. 7 ist der Einbau der Kupplung in die Kraftübertragung gezeigt,
wobei diese Anordnung den Speichenkreuzen entspricht, die bei der ersten Ausführungsform
zwar erwähnt, aber nicht dargestellt sind. Ein Schwungrad 28 trägt einwärts gerichtete
Befestigungsarme 29, an denen die Bolzen 30 der drei treibenden Schwinghebel befestigt
sind, während ein zentraler Stutzen 31 einen getriebenen Flansch 32 trägt, an dem
die Bolzen 33 der drei getriebenen Schwinghebel befestigt sind.
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Es sei bemerkt, daß bei beiden dargestellten Ausführungsformen die
Arme von benachbarten Schwinghebeln rechtwinklig zueinander stehen oder, um es genauer
auszudrücken, daß die gerade Linie, welche die Mittelpunkte der mittleren Öffnung
16 und der Ohröffnung 17 verbindet, im rechten Winkel zu der geraden Linie verläuft,
welche die Mittelpunkte der nächsten mittleren Öffnung 16 und der Ohröffnung 18
verbindet. Die Wirkung dieser Rechtwinkligkeit ist, daß die Kupplung eine im wesentlichen
lineare Drehmoment-Ausschlag-Kurve erhält, bis zu dem Winkel bei dem die Puffer
zum Anschlag kommen. Wenn dei Winkel größer als ein rechter Winkel oder tatsächlicl
kleiner als ein rechter Winkel ist, kann ein Verdrehungsausschlag nur durch eine
Verdichtung des Guminis aufgenommen werden. Die Verwendung eines Winkels kleiner
als ein rechter Winkel hat daher Möglichkeiten hinsichtlich der Herstellung von
Kupplungen mit nichtlinearer Charakteristik; wenn der Winkel zwischen den Schwinghebelarmen
kleiner als ein rechter Winkel ist, werden die treibenden und getriebenen Buchsen,
welche normalerweise die radial biegsamen sind, einwärts nach der Mittellinie der
Welle gezogen, da sich die Kupplung verdreht.
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Die Erfindung kann auch durch andere Formen als die vorstehend beschriebenen
verwirklicht werden. So kann es zweckmäßig sein, einige oder alle Gelenke mit einer
Dämpfung zu versehen etwa durch die Anordnung von Reibungsmaterial zwischen den
sich überlappenden Ohren. Ferner können die Gummibuchsen lediglich an den Gelenken
zwischen den Schwinghebeln oder lediglich an den Gelenken zwischen den Schwinghebeln
und dem Speichenkreuzarm vorgesehen sein. Die erstere dieser Ausführungsformen hat
den Vorteil, daß die Zapfen der treibenden und der getriebenen Speichenkreuze in
den Schwinghebeln gleiten können, so daß der Antrieb ohne Entfernung der Bolzen
unterbrochen werden kann.
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Die Bauart kann so sein, daß die neutrale Stellung, d. h. die Stellung,
aus welcher heraus die möglichen Winkelbewegungen in beiden Bewegungsrichtungen
gleich sind. So wurde in einem Falle als neutrale Stellung diejenige angenommen,
wenn die Kupplung vollständig unbelastet war. In anderen Fällen kann es beispielsweise
erwünscht sein, die neutrale Stellung mit der Stellung der mittleren Belastung gleichzusetzen.
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Es sei vermerkt, daß mit einer Vier-Schwingarmkupplung irgendeine
Winkellage zwischen der treibenden und der getriebenen Welle aufgenommen oder primär
aufgenommen wird durch konische Verformung der Buchsen, während mit einer Kupplung,
welche sechs oder mehr Schwingarme umfaßt, diese Aufnahme primär durch axiale Verformung
der Buchsen bewirkt wird.
Es wurde gefunden, daß die Relativverdrehung
der Kupplung vergrößert werden kann, wenn die Torsionsbuchsen zwischen den Schwingarmen
und ihren zugehörigen treibenden oder getriebenen Gliedern so ausgebildet sind,
daß eine ausgeweitete innere Hülse und eine zusammengezogene äußere Hülse vorgesehen
ist. Auf diesem Wege kann noch dazu eine zweimal so große radiale Steifheit bei
gleicher Verdrehungssteifheit erzielt werden, oder dieselbe radiale Belastungskapazität
kann bei einer sehr verringerten Verdrehungssteifheit aufrechterhalten werden.