-
Axialfederanordnung.
Es besteht das Bedürfnis nach einer Federanordnung zur Ausübung axialer Kräfte,
wobei die Feder beim'Beginn ihres Zusammendrückens eine hohe Federkraft entwickelt,
die aber beim weiteren Zusammendrücken über einen großen Federweg konstant bleibt
oder sogar abfällt. Eine solche Axialfederanordnung kommt z. B. für Kupplungen in
Frage, wobei sie zum Ausgleich des Verschleißes der Reibbeläge nützlich ist, da
ihr Schließdruck auch bei Abnutzung der Reibbeläge praktisch gleich bleibt, und
sich auch dadurch auszeichnet, daß sie auch beim völligen Auskuppeln, z. B. als
Fahrkupplung bei Kraftwagen, keine höhere Kraft erfordert, als zum Lösen der Kupplung
nötig ist. Schraubenfedern, die eine im wesentlichen linear ansteigende Federkennlinie
hab@@ genügen diesen anforderungen nicht. Man hat hierfür schon Tellerfrdern verwendet,
die zum Teil vom inneren Rand ausgehende Radialschlitze aufweisen,
doch
sind die mit ihnen erzielbaren Federwege nur klein und die Tellerfedern daher für
griele Anwendungszwecke unzureichend.
-
Andererseits wird eine Axialfederanordnung benötigt, die einen sinusförmigen
Kräfteverlauf aufweist und dabei große Federwege ermöglicht. Derartige Federanordnungen
kommen in solchen Fällen in Frage, in denen ein Maschinenteil durch eine neutrale
Mitellage hindurch aus einer Endstellung in die entgegengesetzte Endstellung gebracht
und in jeder Endstellung fest angepreßt werden soll. Diese Aufgabe ergibt sich beispielsweise
bei Kupplungen zum Umschalten der Drehrichtung oder Drehzahl sowie bei elektrischen
Einschalt-und Umschaltkontakten, Kippschaltern für Beleuchtungskörper und bei gewissen
Arten von Druckknopfschaltern, bei Verschlüssen und dergl. Auch hier erweisen sich
die bisher vorzugsweise verwendeten auf Zug oder Druck beanspruchten Schraubenfedern
ebenso wie Tellerfedern nur für verhältnismäßig kleine Kräfte und arbeitsweg als
brauchbar.
| Für größere Kräfte in Verbindung mit größeren Arbeitswegen |
werden die Anordnungen verwickelt und sperrig, wobei auch die einzelnen Federelemente
hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
| Durch die Erf iiidung wird ein zur Schaffung derartiger |
| C> |
Axialfederanordnungen gewiesen, der auf der Verwendung eines an sich bekannten ringscheibenförmigen
radial
zusammendrückbaren Federkorpers mit abwechselnd vom inneren
und äußeren Rand ausgehenden, sich radial überdeckenden Radialschlitzen beruht,
wobei der Federkörper in einem starren Aufnahmekörper mit ringförmiger zylindrischer
Stützfläche für den Außenrand des Federkörpers angeordnet ist. Gemäß der Erfindung
wird eine den angegebenen Anforderungen entsprechende Axialfederanordnung dadurch
erreicht, daß der Durchmesser der zylindrischen Stützfläche kleiner als der Außendurchmesser
des Federkörpers im ebenen Zustande ist. Verwendet man dabei einen im ungespannten
Zustande die Form eines Kegelstumpfmantels annehmenden Federkörper und macht den
Innendurchmesser der Stützfläche gleich dem Außendurchmesser des ungespannten Federkörpers,
dann erhält man eine Anordnung) in der beim Flachdrücken des Federkörpers infolge
der Abstützung durch den Aufnahmekörper die Federkraft munächst schnell ansteigt
und danach im wesentlichen konstant bleibt. Anderem seits kann man einen im ungespannten
Zustande ebenen Federkörper verwenden und diesem durch Einspannen in einen Aufnahmekörper
von kleinerem Innendurchmesser eine Vorspannung geben, unter deren Wirkung der Federkörper
in seiner Abstützung nicht in seinem, weil labilen, ebenen Zustande bleiben kann,
sondern sich nach einer der beiden Seiten hin zu einem Kegelstumpf verformt. Ein
derartig eingespannter Federkörper weist beim Flachdrücken und tfbergang in den
entgegengesetzten stabilen Gleichgewichtszustand einen sinusförmigen Verlauf der
Federkraft auf.
-
In vielen Fällen lassen sich mit Vorteil Ausführungen anwenden, bei
welchen der Federkörper auf einem kleineren Durchmesser als seinem Außendurchmesser
in einem. Ringspalt eines Führungskörpers geführt ist, wobei der Aufnahmekörper
und der Führungskorper axial gegeneinander verschiebbar ange-
| ordnet und an dem Innenrand des Federkörpers angreifende |
axial verschiebbare Steuermittel vorgesehen sind. Dabei kann die Ausführung so gewählt
werden, daß der Aufnahmekörper mit einem zu verschiebenden Maschinenteil verbunden
und der Führungskörper axial unverschiebbar angeordnet ist. Der Federkörper ist
dabei im Ringspalt des unverschiebbar angeordneten Führungskörpers schwenkbar und
verschiebt über den Aufnahmekörper den mit ihm verbundenen Maschinenteil und preßt
diesen durch die vom Federkörper erzeugte Kraft gegen einen die Bewegung des Maschinenteils
begrenzenden Anschlag, beispielsweise gegen eine Kupplungsscheibe einer Schaltkupplung.
Es kann aber auch die umgekehrte Anordnung gewähl werden, bei der der Führungskörper
mit dem zu verschiebenden Maschinenteil verbunden und der Aufnahmekörper axial unverschiebbar
angeordnet ist. Dabei schwenkt der Federkörper bei Änderung seiner Form, die durch
die an seinem Innenrand angreifenden Steuermittel bewirkt wird, um seinen im fest
angeordneten Aufnahmekörper sitzenden Außenrand. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
wenigstens eine der den Ringspalt bildenden Kanten federnd auszubilden, damit trotz
der
| Formänderung des Federkörpers beim Betätigen der Timer- |
| CD |
| mittel die Anlage des Federkörpers an beidoiEanten des |
Ringspaltes aufrecht erhalten werden kann. Bei einer Ausführungsform,
bei der der Aufnahmekörper für den Außenrand des Federkörpers fest und der Führungskörper
axial verschiebbar angeordnet ist, kann der Ringspalt durch eine Anlagekante des
als Führungskörper ausgebildeten Maschinenteiles und einen mit diesem verbundenen
federnden Anlagering gebildet werden, der den Federkörper an die Anlagekante preßt.
-
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindunggegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen : Fig. 1 in Ansicht einen gemäß der Erfindung zu verwendenden
Federkörper, der im ungespannten Zustand die Form eines Kegelstumpfmantels hat,
und zwar in der oberen Hälfte der Figur im ungespannten Zustande, zugleich als Ansicht
von Fig. 2 und in der unteren Hälfte der Figur im-. gespannten Zustande, zugleich
als Ansicht von Fig. 3, Fig. 2 in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1
den Federkörper vor dem Einsetzen in einen ebenfalls geschnitten gezeichneten Aufnahmekörper,
Fig. 3 in der gleichen Schnittdarstellung den in den Aufnahmekörpereingesetzten
Federkörper im gespannten Zustande,
Fig. 4 eine Darstellung der
Kennlinie des Federkörpers, Fig. 5 die Ansicht eines in ungespannten Zustande ebenen
Federkörpers, und zwar in der oberen Hälfte der Figur im ungespannten Zustande und
in der unteren Hälfte im gespannten ebenen Zustande, Fig. 6 einen Schnitt nach der
Linie VI-VI der Fig. 4 durch den ungespannten Tederkörper, Fig. 7 einen entsprechenden
Schnitt durch den in einen Aufnahmekörper eingesetzten Federkörper im ebenen Zustand,
Fig. 8 die gleiche Darstellung mit dem sich in seinen stabilen Lagen befindlichen
Federkörper, Fig. 9 eine Darstellung der Kennlinie des Federkörpers und Fig. 10
bis 13 je eine Axialkupplung unter Verwendung einer Federanordnung gemäß der Erfindung
in einem Axialschnitt.
-
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Federkörper 10 stellt eine aus
Stahlblech oder einem sonstigen Werkstoff mit ausreichender Festigkeit und Elastizität
hergestellte zu einem Kegelstumpf geformte Ringscheibe dar, die abwechselnd von
ihrem Innenrand 11. und ihrem. Außenrand 12 ausgehende Radialschlitz 13 bezw. 14
aufweist, die länger als die halbe Breite der Ringscheibe sind, sich also radial
überdecken. Zur Aufnahme des Federkörpers ist ein ringförmiger
Aufnahmekörper
15 vorgesehen, der einen Rand 16 aufweist, durch den eine ringförmige zylindrische
Stützfläche 17 für den Außenrand 12 des Federkörpers gebildet ist. Der Durchmesser
der Stützfläche 17 stimmt mit der des Federkörpers 10 überein, der demgemäß ohne
Verformung in den Aufnahmekörper 15 eingesetzt werden kann. Seine Ansicht entspricht
der oberen Hälfte der Fig. 1. Werden auf den Innenrand 11 des Federkörpers 10 durch
die Pfeile 18 in Fig. 3 veranschaulichte Axialkräfte ausgeübt, dann flacht sich
der Federkörper 10 ohne Änderung seines Außendurchmessers in die aus der unteren
Hälfte von Fig. 1 und aus Fig. 3 ersichtliche Gestalt ab, wobei sich der Innendurchmesser
verkleinert. Bei dieser Formänderung verläuft die über dem Federweg f aufgetragene
Federkraft P nach der Kurve 19 in Fig. 4, nimmt also zunächst schnell zu und bleibt
dann nahezu konstant oder fällt unter Umständen etwas ab.
-
Der in Fig. 5 bis 8 dargestellte Federkörper 20 unterscheidet sich
von dem nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß er im ungespannten Zustande eben ist. Im
übrigen stellt er ebenfalls eine'Ringscheibe mit Innenrand 11 und Außenrand 12 und
inneren und äußeren Radialschlitzen 13 bezw. 14 dar. wird der Federkörper, wie in
der unteren Hälfte der Fig. 5 durch die Pfeile 21 angedeutet ist, durch in seiner
Ebene liegende Radialkräfte belastet und gegen Ausknicken gesichert, dann
verkleinert
sich sein Durchmesser. Eine derartige Vorspannung kann durch Einsetzen des Federkörpers
in einen Aufnahmekörper 22 erreicht werden, dessen Stützfläche 23 einen kleineren
Durchmesser als der ungespannte Federkörper 20 hat (Fig. 7). Da sich der Federkörper
dabei in einer labilen Gleichgewichtslage befindet, kann er sich darin nicht halten,
sondern nimmt eine der beiden in Fig. 8 dargestellten stabilen Gleichgewichtslagen
20' oder 20" an, in der er sich zu einem Kegelstumpf verformt hat. Wird er in der
Lage 20' durch auf seinen Innenrand 11 in Richtung der Pfeile 24 wirkende Axialkräfte
verformt, dann plattet er sich ab, bis er eben ist und damit seine labile Gleich-
| gewichtslage nach Fig. 7 erreicht, durch die hindurch er |
| überdem Federweg f aufgetragene |
| dann in die Lage 20"umsohnappt. DielFederkraft P verläuft |
| dabei nach der Kurve 25 der Fig. 9. |
-
Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Federanordnung im Rahmen einer
Kupplung, durch die eine Welle 30 wahlweise mit zwei Zahnrädern 31 und 32 gekuppelt
werden soll. Das Zahnrad 31 ist auf einer die Welle 30 umschließenden Hohlwelle
33, das Zahnrad 32 auf einer ebenfalls auf der Welle 30 sitzenden Hohlwelle 34 befestigt.
Die beiden Hohlwellen sind längsverschiebbar auf der Welle 30 angeordnet.
-
An den einander zugekehrten Enden tragen die beiden Hohlwellen 33
und 34 je eine Kupplungsscheibe 35 bezw. 36.
-
Zwischen diesen beiden Kupplungsscheiben ist auf der Welle 30 undrehbar
und unverschieblich ein Flansch 37 mit beidseitigen Reibbelägen befestigt, der außerhalb
der Kupplungsscheiben 35 und 36 eine Reihe auf dem Umfang verteilter axialer Bohrungen
38 aufweist. In diesen Bohrungen sind axial verschiebbare Bolzen 39 gelagert, die
mit ihren linken Enden in einen jenseits der Kupplungsscheibe 35 angeordneten Kupplungsring
40 eingeschraubt sind, der zum Zusammenwirken mit der Kupplungsscheibe 35 bestimmt
ist. Rechts von der Kupplungsscheibe 36 tragen die Bolzen 39 einen weiteren zum
Zusammenwirken mit der Kupplungsscheibe 36 bestimmten krupplungsring 41, den die
Bolzen durchdringen. An dem rechten Ende der Bolzen 39 ist ein Aufnahmekörper (Stützring)
42 angebracht, in den ein Federkörper 20 nach Fig. 5, 6 unter Vorspannung eingesetzt
ist. An seinem Innenrand ist der Federkörper 20 in einer Rille 44 einer auf der
Hohlwelle 34 verschiebbar gelagerten Schaltmuffe 43 geführt. Der Federkörper 20
durchdringt in der Nähe seines Außenrandes einen durch Führungskorper 45 und 46
gebildeten Ringspalt 47, dessen Wände eines Art Schneidenlagerung für den Federkörper
bilden. Die Stützkörper 45 und 46 sind an dem Flansch 37 befestigt und laufen mit
ihm auf der Welle 30 um.
-
In der gezeichneten Stellung, in welcher der Federkörper 20 nach rechts
ausgeknickt ist, wird durch den Druck des Federkörpers der Kupplungsring 41 an den
KupplungskSrper 36
und dieser an den rechten Reibbelag des Flansches
37 angepreßt und damit das Zahnrad 32 mit der Welle 30 gekuppelt. Verschiebt man
die Schaltmuffe 43 nach links bis über die ebene Gleichgewichtsstellung das Federkörpers
20 hinaus, dann schnappt nach Überschreiten dieser Gleichgewichtsstellung der Federkörper
20 in seine entgegengesetzte stabile Gleichgewichtslage, wodurch die Kupplung zwischen
dem Kupplungsring 41 und dem Kupplungskorper 36 getrennt und gleichzeitig der Kupplungsring
40 an den Kupplungkörper 35 und dieser an den linken Reibbelag des Flansches 37
gepreßt wird. Damit ist das Zahnrad 32 von der Welle 30 losgekuppelt und gleichzeitig
das Zahnrad 31 mit der Welle 30 gekuppelt.
-
Der Federkörper 209 der einerseits in dem Ringspalt 47 geführt und
abgestützt ist und sich anderseits unter Druck an den Aufnahmekörper 42 anlegt,
ist durch diese beiden Stützstellen gehalten. Demgemäß übt er auf die Schaltmuffe
43 keine Kräfte aus, sodaß von dieser keine Anpreßkraft aufgebracht werden muß sondern
nur während des Schaltvorganges diejenige Schaltkraft, die zur Verformung des Federkörpers
über seine Mittelstellung hinaus nötig ist.
-
Fig. 11 zeigt eine ähnliche Doppelkupplung mit ebenen Reibflächen,
die zur wahlweisen Verbindung eines von einem Motor getriebenen Schwungrades 50
mit zwei Zahnrädern 51
und 52 dient. Mit dem Schwungrad 50 ist
ein ringförmiger Reihflansch 53 und ein weiterer Körper 54 verbunden, der einen
dem Reibflansch 53 parallelen Reibflansch 55 aufweist.
-
Der Körper 54 setzt sich in einen Hals 56 fort, in dem axial verschiebbar
eine Hohlwelle 57 gelagert ist, die an einem Ende das Zahnrad 51 und am anderen
Ende eine Krupplungsscheibe 58 mit beiderseitigem Reibbelag 59 trägt, die zur Anlage
an den Reibflansch 55 bestimmt ist. In der Hohlwelle 57 liegt axial verschieblich
eine Welle 60, auf der das Zahnrad 52 befestigt ist. Am Ende der Welle 60 sitzt
eine Kupplungsscheibe 61 mit beiderseitigem Reibbelag 62, die zum Zusammenwirken
mit dem Reibflansch 53 dient.
-
Zwischen den beiden Kupplungsscheiben 58 und 61 ist ein Kupplungsring
63 angeordnet, der von axial gerichteten Führungsbolzen 64 getragen wird, die in
auf dem Umfang verteilten axialen Bohrungen der Reibflansche 53 und 55 axial verschiebbar
gelagert äind. Die Führungsbolzen tragen einen Stützring 65 für einen Federkörper
20 gemäß Fig. 5 und 6, der in einem durch am Körper 54 befestigte Führungskörper
66 und 67 gebildeten Ringspalt 68 geführt ist. Der Innenrand des Federkörpers 20
liegt in einer Rille 69 einer Schaltmuffe 70, die auf dem Hals 56 verschiebbar gelagert
ist.
-
In der gezeichneten Stellung preßt der in gleicher Weise wie bei der
Ausführungsform nach Fig. 10 wirkende Federkörper
20 den Kupplungsring
63 an die Kupplungsscheibe 61 und damit diese an den ReiMlansch 53, wodurch die
Welle 60 und das Zahnrad 52 mit dem Schwungrad 50 gekuppelt sind.
-
Durch Bewegen der Schaltmuffe 70 nach links bis über die ebene Gleichgewichtsstellung
des Federkörpers hinaus wird dieser zum Umschnappen in seine entgegengesetzte stabile
Gleichgewichtslage veranlaßt, wodurch der Kupplungsring 63 nach rechts gezogen wird
und die Kupplungsscheibe 58 zwischen sich und den Kupplungsflansoh 55 festklemmt,
während die Kupplungsscheibe 61 frei wird. Damit wird die Kupplung des Schwungrades
mit dem Zahnrad 52 gelost und gleichzeitig das Schwungrad mit dem Zahnrad 51 gekuppelt.
-
Bei der Ausführung einer Kupplung nach Fig. 12 ist ein Zustande Kegelstumpfform
hat und für eine einseitige Kraftwirkung bestimmt ist. Die Kupplung dient zur Verbindung
eines von einem Motor angetriebenen Schwungrades 71 mit
| einer axial verschiebbar gelagerten Welle 72. Am Schwung- |
| CD |
rad 71 ist ein Führungsflansch 73 befestigt, der axiale Bohrungen 74 für in ihnen
axial verschiebbare Führungsbolzen 75 aufweist, die an ihren einen Enden einen Sützring
76 für den Federkörper 10 und an ihren anderen Enden einen Kupplungsring 77 tragen.
Der Federkörper 10 ist in einem Ringspalt 78 abgestützt, der von dem Stützflansch
73 und einem weiteren am Schwungrad 71 befestigten Flansch 79
gebildet
ist. Am Innenrand legt sich der Federkörper axial gegen eine auf der helle 72 gelagerte
Schaltmuffe 80, -i G
| an der er durch ein Kugellager 81 abgestützt ist. Die elle |
72 trägt eine Reibscheibe 82 mit beiderseitigem Reibbelag 83, die zwischen dem Kupplungsring
77 und einer Reibfläche 84 am Schwungrad 71 angeordnet ist.
-
In der in der unteren Hälfte der Fig. 11 gezeichneten Einschaltstellung
drückt der im Ringspalt 78 abgestützte Federkörper 10 den Kupplungsring 77 nach
links an die Reibscheibe 82 und damit diese an die Reibfläche 84 des Schwungrades
71,
| wodurch die Welle 72 mit dem Schwungrad 71 gekuppelt wird. |
-
Die Andrückkraft des Federkörpers 10 ist allein durch das Maß der
Abflachung bestimmt, die sich aus der gegenseitigen Lage des Stützringes 76 und
des Ringspaltes 78 ergibt, sodaß die Schaltmuffe 80 im eingeschalteten Zustand keine
Abstützkraft auf den Ring zu übertragen braucht. Wird die Schaltmuffe 80 nach links
verschoben und dadurch der Federkörper in seine ebene Gestalt gedrückt, dann bewegt
dieser den Stützring 76 nach rechts, hebt den Kupplungsring 77 ab und unterbricht
dadurch die Verbindung zwischen dem Schwungrad 71 und der Welle 72, wie in der oberen
Hälfte der Fig. 12 gezeichnet ist. In dieser Stellung hat die Schaltmuffe 80 den
Gegendruck des durch Flachdrücken gespannten Federkörpers 10 zu tragen.
-
Eine weitere, besonders einfache Ausführungsform einer Kupplung zeigt
Fig. 13, bei der, ebenso wie in Fig. 12,
ein Federkörper 10 nach
Fig. 1 und 2 verwendet ist. Auch diese Kupplung dient zur Verbindung eines von einem
Motor angetriebenen Schwungrad 91 mit einer Welle 92, jedoch ist der Federkörper
10 in umgekehrter Lage eingebaute so daß er im ungespannten Zustande in die Kupplung
hineinragt.
-
Außerdem ist der den Ringspalt aufweisende Führungskörper im Gegensatz
zu Fig. 1. 2 axial verschiebbar, während der den Federkörper außen aufnehmen de
Abstützring 93 axial unverschiebbar angeordnet ist. Dazu ist der Abstützring 93
unter Zwischenschaltung von Distanzhülsen 94 mittels Schrauben 95 am Schwungrad
91 befestigt. Zwischen der als Reibfläche ausgebildeten Stirnfläche des Schwungrades
91 und dem Federkörper 10 sind eine Kupplungsscheibe 96 mit beiderseitigem Reibbelag
und eine Anpreßscheibe 97 angeordnet, die sich mit einer ringförmigen Abstützkante
98 gegen den Federkörper 10 auf einem kleineren Durchmesser als seinem Außendurchmesser
abstützt. Sowohl die Anprcßscheibe 97 als auch die Kupplungsscheibe 96 sind axial
verschiebbar, so daß das Federelement 10 die Anpreßscheibe an die Kupplungsacheibe
und diese an die Reibfläche des Schwungrades 91 anpressen kann. Die Kupplungsscheibe
96 sitzt mit einer Keilverzahnung 99 undrehbar, aber axial verschiebbar auf der
Welle 92, während die Anpreßscheibe 97 durch Schlitze 100 an ihrem Außenrand auf
den abstandshülse 94 geführt und damit mit dem Schwungrad 91 drehfest, aber axial
verschiebbar verbunden ist. Durch einen federnden Anlagering 101,
der
mittels Schrauben 102, die durch die Schlitze des Federkörpers hindurchgreifen,
mit der Anpreßscheibe 97 verbunden ist, wird zwischen der Abstützkante 98 und dem
Anlagering 101 ein Ringspalt 103 gebildet, in dem der Federkorper geführt und von
dem federnden Anlagering 101 dauernd gegen die ringförmige Abstützkante 98 der Anpreßscheibe
97 angedrückt wird, so daß er sich von ihr nicht abheben kann.
-
Zur Betätigung der Kupplung ist auf der Welle 92 eine Schaltmuffe
104 längs verschiebbar angeordnet, die beim Verschieben nach rechts den Federkörper
flach drückt oder auch um ein geringes Maß über seine ebene Form hinaus verformt,
wie dies in Fig. 13 gestrichelt eingezeichnet ist. Beim Flachdrücken schwenkt der
Federkörper um seinen im Abstützring 93 sitzenden Außenrand und hebt die Anpreßscheibe
97 von der Kupplungsscheibe 96 ab. Wird die Schaltmuffe nach links verschoben, so
drückt der Federkörper, der sich zu einem in die Kupplung hineinragenden Kegelstumpf
zu verformen bestrebt ist, die Anpreßscheibe gegen die Kupplungsscheibe und diese
gegen die Reibfläche des Schwungrades, wodurch die Kupplung eingeschaltet wird.