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Elastische Wellenkupplung Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung,
bei der in Umfangsrichtung abwechselnd an der treibenden und an der getriebenen
Kupplungshälfte. auf axial gerichteten Zapfen Federlager angebracht sind, auf denen
sich in Umfangsrichtung wirkende Federn abstützen.
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Bei solchen Wellenkupplungen ist es bekannt, zylindrische Schraubenfedern
als Kraftübertragungsmittel zwischen den Federlagern vorzusehen, die schwenkbar
auf den Zapfen gelagert sind. Die Federlager weisen dabei Vorsprünge auf, die mit
Spiel in die Schraubenfedern hineinragen. Diese Vorsprünge verhindern das Herausschleudern
der Federn während des Laufes. Beim Auftreten entsprechend hoher Drehmomente werden
die Schraubenfedern bis zur gegenseitigen Berührung ihrer Windungen zusammenuepreßt,
wobei die Kupplung plötzlich starr wird und ihre elastischen Eigenschaften verliert.
Um die dabei auftretende ilberbeanspruchung der Schraubenfedern zu vermeiden, ist
es auch bekannt, die in die Federn hineinragenden Vorsprünge an den Federlagern
so lang auszubilden, daß sich bei hohen Drehmomenten deren Stirnseiten berühren,
wobei die Stirnseiten mit bestimmten Krümmungen versehen werden, so daß sie sich
aufeinander abwälzen und dadurch die schwenkbaren Federlager wieder in die richtige
Lage ausrichten können. Die Federkennlinie der Kupplung kann aber während des Betriebes
außer durch Auswechseln der Federn nicht verändert werden. Beim Auftreten von Übertragungsstößen
bzw. beim Überschreiten eines bestimmten Dehmomentes verliert die Kupplung dagegen
ihre elastischen Eigenschaften.
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Es sind auch elastische Wellenkupplungen bekannt, bei denen die Umfangskraft
durch Federn aus Gummi oder Kunststoffen übertragen werden, die zwischen abwechselnd
auf dem treibenden und dem uetriebenen Kupplungsteil befestigten Federlagern angeordnet
sind. Bei einer bekannten Ausführung sind die Federlauer als radial nach innen bzw.
nach außen gerichtete@Stützwände angeordnet, die an den Stellen ihrer Befestigung
mit den entsprechender. Kupplungshälften abgerundet sind, so daß Kammern entstehen,
in. welche zylindrische elastische Vollkörper eingelegt sind. Der Radius der elastischen
Federkörper ist dabei deich oder größer als die Höhe der Kammer. Beim Übertragen
von Drehmomenten werden die elastischen Federkörper zunächst derart deformiert,
daß sie sich in die von den Stützwänden gebildeten Abrundungen legen, während sieh
bei einer Steigerung des zu übertragenden Drehmomentes die Federkörper schließlich
derart verformen, daß sie den gesamten von der Kammer eingeschlossenen Raum ausfüllen.
Dabei nehmen die elastischen Körper eine unregelmäßige Gestalt an. Infolge der Deformation
der Federkörper ergibt sich während des Betriebes eine gewisse Änderung der Federkennlinie,
die durch Verwendung von Federn aus anderen Werkstoffen oder mit anderen Durchmessern
noch weiter dem gewünschten Betriebsverhalten angepaßt werden kann. Die Federkörper
stützen sich aber an den fest angeordneten Stützwänden ab, so daß bei auftretenden
Drehimpulsmomenten eine Walkarbeit von erheblicher Größe geleistet wird. Dies trifft
auch insbesondere deshalb zu, weil die Federkörper bereits im Nennbetrieb einer
sehr starken Verformung ausgesetzt sind. Dadurch können die Federkörper in unzulässiger
Weise erwärmt werden, was zu einer frühzeitigen Alterung führt.
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Ferner ist eine elastische Wellenkupplung bekannt. bei der als Federtörper
elastische Vollkugeln zwischen die Federlager eingesetzt werden, die entsprechend
dem Durchmesser der Kugeln schalenförmige Ausnehmungen aufweisen. Durch die aufeinander
abgestimmte Ausbildung der Federlager und der Federkörper, wobei bereits beim Einsetzen
der Federkörper der ihnen zur Verfügung stehende Spielraum so gering ist, daß die
Federkörper unter Verformung in enger Berührung mit den schalenförmigen Ausnehmungen
der Federlager gebracht werden, wird zwar einerseits während des Betriebes die von
den Kugeln zu leistende Walkarbeit verringert, aber andererseits nur eine geringfügige
Veränderung der Federkennlinie ermöglicht. Außerdem finden bei dieser Anordnung
wie auch bei der vorstehend geschilderten, zwischen festen Stützwänden eingesetzte
zylindrische Federkörper aufweisenden Kupplung Vollkörper Verwendung, die an sich
eine verhältnismäßig steife Kennlinie besitzen und daher von vornherein
nur
verhältnismäßig geringfügige Änderungen der Kennlinie zulassen.
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Bei einer anderen elastischen Wellenkupplung finden sogenannte Luftfedern
Verwendung. Dabei sind in sich geschlossene, mit Ausdehnungswülsten versehene Hohlzylinder
aus Gummi oder Kunststoff zwischen je zwei Anlageflächen eingebaut, von denen sich
jeweils die eine auf der treibenden und die andere auf der getriebenen Kupplungshälfte
befindet. Der Hohlzylinder aus Gummi ist in Richtung seiner Längsachse zwischen
den Anlageflächen angeordnet und mittels Luft unter einen bestimmten Innendruck
gesetzt, so daß für die Kraftübertragung federnde Eigenschaften erreicht werden.
Im Betrieb weisen diese Federn einen erheblichen Nachteil auf, weil sie an festen
Mitnehmerflächen der beiden Kupplungshälften abgestützt sind und dadurch bei elastischen
Verdrehungen infolge auftretender Drehimpulsmomente eine erhebliche Walkarbeit leisten
müssen. Diese Walkarbeit ist insbesondere dann außerordentlich groß, wenn die beiden
zu kuppelnden Wellen nicht genau achsengleich, also beispielsweise exzentrisch zueinander
verlagert oder in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Dabei wirkt
auf die Federn eine unzulässig hohe Walkarbeitsbeanspruchung, wodurch sich der Verwendung
findende Werkstoff, wie Gummi oder ein anderer entsprechender Kunststoff, in seinem
inneren Gefüge unzulässig erwärmt, frühzeitig altert und infolge Bruchs zum Ausfall
führt. Sobald aber ein solcher Hohlzylinder einmal an einer Stelle undicht ist,
kann der Druck in seinem Innern nicht mehr gehalten werden. Das Unterdrucksetzen
der Hohlzylinder kann nur bei Stillstand der Kupplung erfolgen.
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Zur Umwandlung eines gleichförmigen Drehmomentes in ein pulsierendes
Moment zur Untersuchung von Maschinen oder Maschinenteilen, die der gleichförmigen
Drehbewegung überlagerte erzwungene Drehschwingungen ausführen, ist auch eine Kupplung
bekannt, bei der die Kupplungshälften durch unter konstantem Druck stehende Zylinder
verbunden sind und der Druck in diesen Zylindern durch eine Zusatzeinrichtung variiert
werden kann. Hierfür ist noch eine weitere Pumpe vorgesehen, die den Zylindern einen
periodisch schwankenden Druck zuführt. Die Zusatzpumpe kann entweder von der Kupplung
getrennt angeordnet sein, so daß eine Verbindung zwischen der ortsfesten Zuleitung
und den sich mit der Welle drehenden Zylindern hergestellt werden muß, oder auch
auf der die Zylinder tragenden Kupplungshälfte angeordnet sein. Dabei soll jedoch
die Kupplung ausschließlich dazu dienen, ein gleichförmiges Drehmoment in ein pulsierendes
Moment umzuwandeln. Eine Anpassung der Federtrennlinie im Betrieb an sich ändernde
Belastungen ist jedoch nicht vorgesehen.
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Ferner ist eine Wellenkupplung mit zwischen dem treibenden und dem
getriebenen Teil angeordneten Bälgen bekannt, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt
sind und über Ausgleichsleitungen miteinander in Verbindung stehen. Damit wird der
Zweck verfolgt, daß während des Betriebes ein Austausch der Flüssigkeit zwischen
den einzelnen Bälgen stattfinden kann, so daß gleiche Übertragungsdrücke in jedem
Übertragungselement vorherrschen. Mit dieser Anordnung können ungleichmäßige Kupplungsbeanspruchungen
bei nicht genau miteinander fluchtend angeordneten Wellen ausgeglichen werden. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Wellenkupplung derart auszubilden,
daß im Betrieb die Federkennlinie in hohem Maße an sich ändernde Belastungen angepaßt
werden kann, wobei die von den Federkörpern zu leistende Walkarbeit gering ist.
Insbesondere soll die Kupplung beim Durchfahren kritischer Drehzahlbereiche in besonderem
Maße drehschwirigungshindernd arbeiten. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einer
elastischen Wellenkupplung der eingangs geschilderten Art durch die Vereinigung
der bekannten Merkmale gelöst, daß die an einer gemeinsamen Ringleitung angeschlossenen
Federn gas- oder flüssigkeitsgefüllt, verformbar und gummielastisch sind, daß die
Federn Rotationskörper sind, die an den Berührungsstellen mit den Federlagern eine
kleinere Krümmung aufweisen als die Federlager, und daß der Innendruck der Rotationskörper
während des Betriebes veränderlich ist.
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Durch die Ausbildung der Federn als verformbare und gummielastische
Rotationskörper und die Möb lichkeit der Veränderung des Innendruckes der Hohlkörper
weist in vorteilhafter Weise die Kupplungskennlinie einen vorher bestimmbaren und
gewünschten Verlauf auf. Da die Federn an den Berührungsstellen mit den Federlagern
eine kleinere Krümmung als die Federlager aufweisen, wird die Federkennlinie noch
weiter verändert, wenn sich im Betrieb die Federn verformen und mehr oder weniger
stark auf den Federlagern abgestützt sind. Eine weitere Variationsmöglichkeit der
Kupplungskennlinie besteht in der Veränderung des Innendrucks der Hohlkörper.
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Durch entsprechende Bestimmung der ursprünglichen Rotationskörperkrümmung
und der Krümmung der Federlager kann eine bestimmte Kupplungstrennlinie mit einem
gewünschten progressiven Verlauf erzielt werden. Die Kupplung findet in besonders
vorteilhafter Weise bei schwingungsbehafteten Antrieben, bei denen bis zum Erreichen
der Betriebsdrehzahl ein oder mehrere kritische Drehzahlbereiche durchfahren werden
müssen, Verwendung. In diesem Fall wirkt die Kupplung auf Grund ihrer veränderlichen
Steifigkeit als Schwingungssystem verstimmend und infolge ihrer Dämpfungsfähigkeit
drehschwingungshindernd.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rotationskörper an den
Federlagern anvulkanisiert. In einer weiteren Ausgestaltung sind an den Rotationskörpern
Ansätze im Bereich der Berührungsflächen vorgesehen. Durch jede der beiden Maßnahmen
wird erreicht, daß eine Drehung der Rotationskörper verhindert wird, wodurch die
Abzweigleitungen zu den Rotationskörpern beschädigt oder zerstört werden könnten.
Dabei können die Federn bzw. Rotationskörper als Kugeln, Ellipsoide oder als geschlossene
Zylinder ausgebildet sein.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind an Hand der Zeichnung mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 .einen Schnitt
in axialer Richtung durch die Kupplung, F i g. 2 einen Schnitt durch eine Kupplungshälfte
senkrecht zur Kupplungsachse mit zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Zuleitungen
für ein Druckmittel, F i g. 3 einen Schnitt durch eine weitere Kupplungshälfte mit
vier verschiedenen Ausführungsbeispielen von Rotationskörpern.
In
F i g. 1 sind an der treibenden Hälfte 1 und der getriebenen Hälfte 2 der Kupplung
ineinandergreifend und parallel zueinander die Bolzen 3 angeordnet, die mittels
einer Mutter 4 in der jeweiligen Kupplungshälfte befestigt sind. Die Bolzen 3 nehn>en
unter Zwisclt,enscltaltttng einer Hülse 6 die Federlager 5 auf, zw=ischen denen
die Federn zur übertragun- der Umfangskraft eingeschaltet sind.
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Im Abschnitt a der F i g. 2 sind die Federn als hohll@ugelförwige
Rotationskörper 7 ausgebildet. Die Federlager 5 weisen Abstützflächen 13 und 14
auf, welche die Rotationskörper 7 so weit umschließen, daß sich diese innerhalb
der Kupplung nur in bearenztem Mal.); verlagern können. Die gekrümmte Abstützfläche
13 weist eine größere Krümmung als die Oberfläche der Rotationskörper 7 auf. Die
Abstützfläche 14 ist als Ebene ausgebildet. Solche ebenen Abstützflächen 14 können
in der gesatften Kupplung als Abstützilächen vorgesehen sein. Die Abstützflächen
der Federlager 5 können aber auch durchweg als gekrümmte Abstützflächen 13 ausgebildet
sein. Dabei ist es auch möglich, den Federn eine parabolisch oder hyperbolisch gekrümmte
Fläch<2 zu geben und die Abstützflächen kugelförmig, parabolisch oder hyperbolisch
gekrümmt auszubilden.
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Der Rotationskörper 16 im Abschnitt a der r i g. 3 ist mit
einer Wandung 21. aus Gumrti oder einem anderen elastischen Material mit oder ohne
Gewebeeinlagen versehen. Der Rotationskörper 22 im Abschnitt e weist zu beiden Seiten
Ansätze 2J auf, die in entsprechenden Kerben oder ähnlichen Einschnitten 24 in den
Abstützfiächen 13 und 14 der Federlagers eingesetzt sind. Durch diese Maßnahme ?.-ann
sich der Rotationskörper nicht drehen. Die Ansätze 23 und Einschnitte 24 können
selbstverständlich bei jedem Rotationskörper der Kupplung vorgesehen sein. Andererseits
können die Rotationskörper auch mit den Federlagern durch Vulkanisation verbunden
sein.
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Die Rotationskörper 11. und 12 in den Abschnitten j und g in F i g.
3 ,eisen die Form eines Ellipsoides auf, wobei das Rotationsellipsoid 11 mit seines
kleinen Achse zwischen den Abstützfläehen 13 und das Rotationsellipsoid 12 im Abschnitt-
mit seihet großen Achse liegt. Auch bei dieser A usiührung können Ansätze 2 3 und
Einschnitte 2.1. zur Verhinderung einer Drehung sowie ebene Abstützflächen 14 an
Stelle der -ekriimmten Abstützflächen 13 vorgesehen sein.
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Die Kupplung ist von einer Riri#,gleitung li7 für das Druckmittel,
beispielsweise Luft, Gas oder hlüssi' keit, umgeben, wobei die Abzweigungen 18 zu
den hohlen Rotationskörpern führen. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß die
Rotationskörper entweder gemeinsam bezüglich ihres Innendruckes gesteuert werden
können oder daß jeder Rotationskörper für sich regelbar ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuführung des
Druckmittels über eine zentral in der Achse angeordnete Leitung 15, von der aus
das Druckmittel in eine innere Ringleitung 16 gelangt. Von der inneren Ringleitung
16 führen Zuleitungen 18 radial zu den Rotationskörpern. Falls erforderlich kann
für die Druckleitungen noch ein nicht gezeigter Ausgleichsbehälter vorgesehen sein.
Der Druck innerhalb der Rotationskörper ist von außen während des Betriebes in beliebiger
Weise regelbar.