-
Mechanisch schaltbare Federbandkupplung Die Erfindung bezieht sich
auf die Verbesserung der Wirkungsweise und Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten
von mechanisch schaltbaren Federbandkupplungen mit Innen- und Außenfeder, bei denen
das Einkuppeln durch das Aufspreizen oder Zusammenziehen der Schraubenfeder zwangläufig
mittels einer Schaltrnuffe über in schraubenförmige Nuten eingreifende Schaltstifte
erfolgt.
-
Federbandkupplungen sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Bei einer dieser Ausführungen mit Innen- und Außenfeder wird der Kupplungsvorgang
dadurch eingeleitet, daß das abgebogene Ende der Schraubenfeder in der Schraubennut
einer Stellmuffe gleitet und so je nach Drehrichtung dieser axial festen
und frei drehbaren Schaltmuffe die Schraubenfeder zwangläufig gespannt und gelöst
wird.
-
Bei den bekannten Federbandkupplungen ist die selbstsperrende Ausführung
nur mit Hilfe von außenliegenden Hebeln möglicht, welche mit der Einrückscheibe,
der äußeren Kupplungstrommel bzw. einem Gehäuse zusammenwirken, wobei die Schaltbetätigung
durch das Gewicht dieser verhältnismäßig schweren Teile behindert wird. Die Nachteile
von Kupplungen ohne Selbstsperrung sind bekannt. So muß die zum Einkuppeln erforderliche
Kraft auf die rotierende Schaltmuffe so lange aufrechterhalten bleiben, als die
Mitnahrne des getriebenen Teiles der Maschinenanlage erfolgen soll. Hierdurch entsteht
an den Gleitstellen Erwärmung und Verschleiß.
-
Obwohl bei Schaltung über Kegel oder Kegelstift durch Wahl eines genügend
kleinen Kegelwinkels im Stillstand eine Selbsthemmung erzielt werden kann, so ist
doch im Lauf durch die Vibration der Maschine eir allmähliches Abwandern der Schaltmuffe
und damit ein Entkuppeln nie mit Sicherheit zu vermeiden, abgesehen davon, daß durch
die Abnutzung bereits nach kurzer Zeit ein rascher Druckabfall an der Reibfläche
und damit ein Lösen der Kupplung entstehen würde, wollte man den Schaltdruck nach
dem Einschalten weglassen.
-
Da eine Mitnahme des abtriebsseitigen Kupplungsteiles erst dann erfolgt,
wenn sich die Reibfläche der Feder und die Reibfläche der Außenkörperhülse bzw.
der Muffe mit einem ganz bestimmten Druck berühren, ist bei der üblichen starren
Ausbildung der den Druck übertra-enden Schaltelernente ein Wirk' samwerden der Kupplung
nur bei einer genau begrenzten Stellung der Schaltmuffe möglich. Durch Abnutzung
an den Gleitstellen der Schaltmuffe und an den Reibflächen von Feder und Außenkörperhülse
entsteht außerdem eine laufende Verschiebung dieser einzig richtigen Schaltstellung.
-
Weiterhin ist es bei Reibungskupplungen bekannt, an der Schaltbuchse
eine exzentrische Kurven- oder Nockenscheibe vorzusehen und diese als Betätigungsorgan
zu verwenden.
-
Diese Exzenter- bzw. Nockenscheiben drehen sich dabei nicht um die
Kupplungsachse, wie es bei der erfindungsgemäßen Kupplung der Fall ist, sondern
uni eine außerhalb derselben liegende Hebelachse. Der Hebel dieser Hebelachse muß
wiederum über eine besondere Daumenscheibe und über eine am Hebel befindliche Rolle
durch die Drehbewegung der Kupplung selbst betätigt werden.
-
In einer anderen Konstruktion ist an Stelle der Nockenscheiben die
letzte lose angeordnete Feder-,ebildet. Die zum Spannen windung keilförmig ausg
erforderliche Keilwirkung geht hier also vorn exzentrischen Innendurchmesser der
Feder aus, wodurch Unwuchten entstehen und insbesondere die letzte halbe- Federwinduncr
über eine Rolle unmittelbar ohne Zwischenschaltung eines elastisch wirkenden längeren
Federstückes an die Außenkörperwandung gedrückt wird.
-
Weiterhin ist bei allen Ausführungen von Federbandkupplungen die Reibfläche
jenes Teiles, welches mit dem Abtrieb verbunden ist, glatt ausgebildet und so bemessen,
daß zwischen beiden Reibflächen nur ein sehr geringes Spiel vorhanden ist. Hierdurch
legen sich beim Einschalten sämtliche Federwindun-"en bereits nach einem nur sehr
geringen Auf spreizen bzw. Spannen durch die Servowirkung sofort gleichzeitig an
die ganze Reibfläche an und bewirken
somit eine stoßhafte Mitnahme
des Abtriebes. Hierbei sind Kupplung und Maschine gefährdet bzw. nur für sehr niedrige
Drehzahlen und Schwunmassen geeigne!. Der Vorteil von Federbandkuppen,
d. li. die durch die Eigenart der Konstruktion bedinee rasche und unnachgiebige
Mitnahme des Abtriebes kann durch die allzu harte und schlagarti- Mitnahine der
beim Einschalten angekuppelten Teile der Maschine nur in verhältnismäßig wenit-,en
Fällen ausgenutzt werden, weil beim Vorliandensein von nur geringen abtriebsseitigen
Schwunamassen bereits bei mittleren Drehzahlen mit einer Zerstörung der Kupplung
oder Maschine gerechnet werden muß. Es ist zwar eine Ausführung von Federbandkupplungen
mit Außenfeder bekannt, bei welcher die mittleren Windungen der Feder einen kleineren
Durchmesser haben als die ersten und letzten, so daß ebenfalls vor dem Berühren
der Reibfläche potentielle Energie gespeichert wird. Die Herstellung einer solchen
Feder bereitet jedoch Schwierigkeiten, da es technologisch nicht einfach ist, den
allmählichen Übergang zum kleineren Durchmesser zu schaffen. Weiterhin ist die Formgebung
der Teile schwierig, welche zur Aufnahme der Feder dienen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der aufgezeigten
Mängel, eine selbstsperrende von der Abnutzung weitgehend unabhängige Schaltbetätigung
und eine wirksame Minderung des beim Einschalten entstehenden Drehmomentenstoßes
ohne schwierige Formgebung der Feder und Aufnahmeteile zu schaffen.
-
Erfindunggsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine einwärts iy' ebogene
letzte halbe Windung der kuppelnden Schraubenfeder sowie durch die Anwendung folgender
an sich bekannter Merkmale: Daß die Schaltbuchse als exzentrische Nocken-oder Kurvenscheibe
ausgebildet ist, daß das Ende der Schraubenfeder lose zwischen einem exzentrischen
Bund der Schaltbuchse und dem Innendurchmesser einer Außenkörperhülse angeordnet
ist und daß der Innendurchmesser der Außenkörperhülse im Anschluß an die letzte
halbe Windung der Schraubenfeder eine sich über mehrere Federwindungen erstreckende
zylindrische Aussparung aufweist.
-
Bei einer derartig ausgebildeten Schalteinrichtung werden durch die
selbstsperrende Ausführung und die elastische Übertragung des Schaltdruckes der
axiale Rück-druck der Schaltmuffe bei eingeschalteter Kupplung und somit Erwärmung
und Verschleiß ausgeschaltet, einschließlich der unerwünschten Becleiterscheinungen,
wie die laufende Veränderung der Hubstellun.- und das dadurch erforderliche Nachstellen
sowie die hiermit verbundene Wartung,. Das Anpressen der letzten Halbwindung geschieht
nach der Erfinduna auf dem kürzesten Wege, so daß durch die Schaltbewegungnur sehr
w,-ni-Formänderunt#sarbeit -eleistet werden muß.
-
Zwischen dem Berührungspunkt Exzenter/Feder-I 'miendurchmesser und
dem Berührungspunkt Federaußendurchmesser,Wand wurde ein absichtlich groß
0
gehaltenes Dogenstück der Feder gelegt, welches die elastische Anpressung
und damit den Verschleißausgleich bewirkt.
-
Daß sieh die letzten Federwindungen unter der Aussparuna zuerst anschmic-en,
wird dadurch erreicht, daß die Schraubenfeder außen zylindrisch und innen in Richtung
auf ihr freies Ende keaelförmi« crweiiert ist.
-
Hierdurch wird erreicht, daß sich dieselbe sehr stark elastisch verformen
muß, bevor die volle Mitnahme des Abtriebs,-eiles und der anneschlossenen Maschinenanlage
erfolgt. Damit wird von der Feder potentielle Energie gespeichert und somit die
unerwünschte Stoßenergie kornpensiert, ohne daß die Federbandkupplun 'g ihre
charakteristische Wirkungsweise, d.h. schnelle Beschleuni ung der angekup-9 polten
Teile, einbüßt.
-
In der Zeichnun(T ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindun- in Gestalt
einer Federbandkupplung mit Innenfeder dargestellt. Es zeigt Fig. 1. einen
Längsschnitt der Kupplung, F i g. 2 eine Ansicht von oben auf die Schaltmuffe
mit linkssteigendem Schlitz gemäß F i g. 1 mit einem der Schaltstifte
bei ausgeschalteter Kupplung, F i g. 3 die gleiche Ansicht wie F i g. 2,
jedoch bei t3 eingeschalteter Kupplung Fig. 4 einen Quersciinitt durch die Kupplung
Gemäß F i g. 1 im ausgeschalteten Zustand, F i g. 5 den gleichen
Schnitt wie F i g. 4, Spannbuchse jedoch im Uhrzeigersinn gedreht, Kupplung
eingeschaltet, F i g. 6 einen Teil des gleichen Längsschnittes wie Fig.
1 mit teilweise gespreizter Feder, F i g. 7 einen Querschnitt durch
die Kupplung ge-
mäß F i g. 6 ohne Außenkörper, F i -. 8 eine
Ansicht auf F i (y. 7 in Pfeilrichtun(YB. 2 e --
Nach der F
i g. 1 ist auf der Welle 1 der Innen-Körper 2 befestigt und mittels
Sicherungsring 3 über den Innenrini, des Wälzlagers 4 gegen axiale Verschiebung
und mittels Paßfeder 5 gegen Drehung Psichert. Auf den Innenkörper2 ist die
Feder6 aufgesteckt, welche im Ausführungsbeispiel Linksstei-une, besitzt und gegen
den Innenkörperbund7 C C
aeschoben ist. Der Innendurchmesser
der Feder ist in Richtuna auf die Schnittlinie 1-1 kegelförmig er-C weitert.
Die Zwischenbuchse 8 ist an ihrem Außendurchmesser ebenfalls keaelförmig
ausgebildet entsprechend dem Kegelwinkel der Federbohrung, je-
doch mit etwas
Spiel, so daß die Feder 6 in ihrer konzentrischen Lage gehalten, an einer
durch das Aufspreizen bedingten Drehung der freien Windun ' -en aber nicht
gehindert wird. Weiterhin befindet sich auf dem Innenkörper 2 die axial verschiebbare
Schaltmuffe 9 mit rohrförmiaer Verlän-C Clerun- 10 und vorzu-sweise
zwei oder drei in diese C C C
Verlängerung eingearbeiteten, in der Zeichnung
in die Schnittebene gedrehten Schlitzen 11, welche mit den radial in sie
hineinra-enden Schaltstiften 12 zusammenwirken. Die Schaltmuffe 9 ist durch
die Paßfeder 13 cre2en DrellunL, -esichert und durch den S; ielierun(,srin(7
14 in ihrer axialen Bewcoun- nach außen bearenzt. Die Schaltstifte 12 sitzen in
Bohrungen der auf dem Innenkörper 2 frei drehbar geiai,eriLii Buchse 15,
"\elche an ihrer in die Federbohrung hineinragenden Seite einen außen exzentrischen
Bund 16 trägt. Die Buchse 15 ist in Richtun- nach außen durch den
SicherLin(Ysrina 17 mit zwischenocleatem Rin- 18 oeaen axiale Verschiebung
gesichert. Sie stützt sich nach innen gegen das Axiallager 19 ab.
-
Die Feder 0 wird von dem Außenkörper 20 umschlossen, welcher
in der Bohrungsmitte seines hülsenförmiaen Teiles 21 eine Aussparung 22 aufweist.
Der Außenkörper 20 wird durch einen an der
Stirnfläche der Hülse
21 befestigten Schutzdeckel 23
abgeschlossen. Die Sicherung des mit der Nabenbohrung
auf der Welle 24 befestigten Außenkörpers 20 ae-en Drehuna und axiale Verschiebun-
erfol-t mittels Paßfeder 25, Schraube 26 und Scheibe 27.
-
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen, wie der axiale Hub der Schaltmuffe9
durch die Schaltstifte 12 in eine Drehung der fest mit diesen verbundenen Buchse
15 um-esetzt wird. Dabei befinden sich in der aus-eschalteten Stellung gemäß
Fig. 2 die C
Schaltstifte12 im Schlitz11 an der Stirnseite der Schaltmuffe9,
während sie sich nach axialer Verschiebung derSchaltmuffe9 inPfeilrichtun-A gemäß
F! 3 in dem ein kurzes Stück axial verlaufenden Teil der Raststeljung33 der
Schlitzell befinden. Durch die schraubenförmige Ausbildung der Schlitze
11 führt diese Verschiebung in PfeilrichtungA gesehen zu einer Rechtsdrehung
der Buchse 15. -
Gemäß F i (y. 4 ist das freie Ende der Feder
6 mit der letzten halben Windung 28 so weit einwärts gebogen, daß
sie sich der Form des außen exzentrischen Bundes 1.6 mit der Exzentrizität
e und dem Scheitelpunkt 29 anpaßt, ohne gespannt zu sein. Der Exzentermittelpunkt
liegt auf der Vertikalachse oberhalb des Mittelpunktes der Kupplung.
-
In F i g. 5 ist der außen exzentrische Bund 16 ein Stück
im Uhrzeigersinn gedreht. Die letzte halbe Windung 28 der Feder
6 ist nach außen gedrückt und hat an ihrem Außendurchmesser an einer anderen
Stelle 30 Kontakt mit der Reibfläche der Außenkörperhülse 21.
-
Die vorstehenden Erläuterungen, welche für eine Drehung der Spannbuchse
15 im Uhrzeigersinn gelten, haben sinngemäß auch für eine Drehung entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn Gültigkeit. Das freie Federende bekommt in diesem Falle mit der
im Querschnitt kreisförmi(Yen Reibfläche der Außenkörperhülse 21 etwa am rechten
Schnittpunkt derselben mit der Horizontalachse gemäß F i g. 5 ihre erste
Berührun-. Da in diesem Falle die entstehende Reibunaskraft im Sinne der Spannbewegung
wirkt, ergibt sich eine Verrinaerung der Betätigungskraft. Diese Konstruktion ist
daher noch vorteilhafter als bei Spannbuchsendrehung im Uhrzeigersinn, da die Spannbewegung
durch das beginnende Anschmiegen der Feder 6 unterstützt wird.
-
F i 6 veranschaulicht das beginnende Durchwölben und Anschmiegen
der Feder 6 infolge elastischer Verformung nach dem Einschalten der Kupplung.
-
Die F i g. 7 und 8 lassen die Art und Halterung
31 der Feder 6 an ihrer ersten Windunu erkennen. Die Wirkun-Sweise
der Kuppluna, ist folgende: C C
Wird die Schaltmuffe 9 beim Einschalten
der Kuppluncy in Pfeilrichtun-A gemäß Fig. 1 axial verschoben, dann führt
die Buchse 15 mit außen exzentrischern Bund 16 eine von der Hublän(,e
und der Steigun- der schraubenförmioen Schlitze 11 (F i 2 und 3) abhängige
Drehung aus. Hierdurch drückt der außen exzentrische Bund 16 die letzte halbe
Winduna 28 der Feder 6 radial nach außen- Da sich die folgenden Federwindungen
an der Zwischenbuchse 8 und dem Ansatz des Innenkörpers 2 abstützen können,
ergibt das radiale Abdrücken der Feder 6 bei Drehung im Uhrzeigersinn
eine Berührung des Federaußendurchmessers mit dem Innendurel - imesser der
Außenk-örperhülse 21 an der Obergangsstelle 30 voin normalen Krümmungsradius
der Feder zurn kleineren Radius Re der letzten halben - entsprechend
der Exzeiiterk-rüMMLin,-, - einwärts gebogenen Federwindun- 28 cemäß F i
a. 5.
-
b C Beim weiteren Verdrehen und damit Abdrücken der Feder
6 entsteht eine Druckkraft an der Berührun-sstelle 30. Durch den zum
Scheitelpunkt 2.9 des Exzenters vorhandenen Abstand wirkt die Druckkraft
elastisch.
-
Durch die im Betrieb vorhandene Relativbewegung zwischen den Reibflächen
von Feder 6 und Außenkörperhülse 21 entsteht eine Reibungskraft in
Umfangsricbtung, welche das weitere spillartige Anschmiegen der übrig gen Federwindungen
an die Außenkörperreibfläche auslöst.
-
Da sich die mittleren Federwindungen unter der Aussparung 22 auf einen
vergrößerten Durchmesser aufspreizen müssen, bevor sie sich anschmiegen, wird von
der Feder potentielle Energie gespeichert, bevor der Einschaltstoß zur Wirkung kommt.
Unter diesen Bedingungen wirkt die an sich bekannte kegelförmige Erweiterung des
Federinnendurchmessers besonders günstig. Auf Grund der geringeren Querschnittshöhe
ist das Trägheitsmoment der letzten Federwindungen im Verhältnis der dritten Potenzen
kleiner, und ein Anschmiegen dieser Windungen findet gemäß F i g. 6 in der
Aussparung 22 statt. Während sich die Windungen bei gleichbleibender Ouerschnittshöhe
- abgesehen von zwei kurzen übera.,angsstrecken am linken und rechten Ende
der Aussparung - fast gleichzeitig anschmiege a n würden, erfolgt bei veränderlicher
Querschnittshöhe ein Anschmiegen jener Windungen 32 gemäß F i g. 6
zuerst, welche innerhalb der Aussparung eine Crrößtmögliche Entfernung von der Federhalterigrig
1, C Z,
31 gemäß F i g. 7 und 8 haben. Dadurch können
sich mehr Federwindungen zwischen Anschmiegungsstelle 32 und Federhalterung
31 elastisch verformen als bei gleichbleibender Ouerschnittshöhe, bei welcher
alle Windungen zwischen Anschrniegungsbereich und freiem Ende der Feder für eine
elastische Verformunc, unwirksam sind. Hierdurch wird viel potentielle Energie gespeichert
und dadurch der Einschaltstoß wirksam gemindert.
-
Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung beziehen sich auf Federbandkupplungen
mit Innenfeder. Sinngemäß gelten diese Verbesserungen jedoch auch für Kupplungen
mit Außenfeder, wobei sie sieh in gleicher Weise z. B. durch einen Innenexzenter
verwirklichen lassen. Der Außenkörper kann mit Flansch oder Bund ausgeführt werden.
Ebenso kann die Steigungsrichtung der Feder, welche nur Einfluß auf die Drehrichtung
der Kupplung hat, beliebig rechts- oder linkssteigend gewählt werden. Auch kann
durch Verwenduna eines Außenkörpers bzw. einer Muffe mit nicht ausgesparter, glatter
Reibfläche bei genügend großer Spaltweite zur Reibfläche der Feder eine verhältnismäßi-
aroße Formänderuna zur Minderum, des Einschallstoßes beitraOen. da durch die beschriebene
Schaltbetätigung großc Spalt,.\icit,-#n überbrückt werden können.
-
An Stelle der halben Federwindung mit exzentrischer Ausbildum, kann
das kegelige Federende so ausgebildet werden, daß sich nur die Querschnittshöbe
verjüngt. Der kegelige Innendurchmesser der Feder ist im ganzen Bereich und damit
auch auf der letzten halben Windung völlig konzentrisch zu der Kupplungsachse angeordnet
und so jede störende Unwucht ausgeschaltet.