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ELASTISCHE WELLENKUPPLUNG Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung
mit zwei einander gleichachsig gegenüberstehenden kreisscheibenförmigen Kupplungshälften,
von denen jede an ihrem Umfang ffln gleichen Winkelabständen je eine gleichzahlige
Grube von jeweils zu der anderen Kupplungshälfte hin verlaufenden achsparallelen
Wellenzapfen aufweist, wobei sich die Wellenzapfen beider Kupplungshälften auf dem
größten eil ihrer Axiallänge überlappen, zwei Gruppen von gleichartigen Schraubendruckfederlagern,
welche auf je einem zugehörigen Wellenzapfen schwenkbar gelagert sind und je ein
Paar in langentialrichtung sowie mit deren Achsen stumpfwinklig zueinander verlaufender
Federlagerzapfen aufweisen, und einer Gruppe von vorgespannten Schraubendruckfedern,
von denen Je eine ein Paar stirnseitig einander zugewendeter, mit ihren Achsen in
einer gemeinsamen Mittelebene liegender Federlagerzapfen zweier am Kupplung umfang
benachbarter chraubendruckfederlager umgibt und sich gegen die beiden zugehörigen
Schraubendruckfederlager unter Vorspannung abstützt, wobei während einer in einer
bestimmten Umfangsrich-tung wirkenden Drehmomentbelastung, für welche die Kupplung
ausgelegt ist die eine Hälfte aller Schraubendruckfedern zusammengedruckt und die
andere Hälfte entlastet werden.
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Es sind bereits Kupplungen der erwähnten Art bekannt, beispielsweise
solche gemäß der deutschen Patentschrift 954 929, bei denen eine Drehmomentbelastung
in beiden Drehrichtungen möglich ist, wobei demgemäß sämtliche Schraubendruckfedern
mit gleicher Federkonstante dimensioniert sind. Bei einer solchen bekannten Kupplung
liegen im unbelasteten Zustand sämtliche Schraubendruckfedern gegen die ihnen zugeordneten
Schraubendruckfederlager unter Vorspannung an. Beim Auftreten einer Drehmomentbelastung
wird die eine Hälfte der Schraubendruckfedern zusammengedrückt, während die andere
Hälfte entlastet wird, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die entlasteten Schraubendruckfedern
an einem oder beiden Runden von den zugehörigen Schraubendruckfederlagern abheben
bzw. hiervon freikommen. Dadurch entsteht während des Betriebes ein Klirren, weil
die Hälfte aller in der Kupplung enthaltenen Schraubsendruckfedern innerhalb des
Spieles zwischen den zugehörigen Schraubendruckfederlagern hin-und hergeschleudert
werden, wobei auch eine Reibung an den Federlagerzapfen infolge der wirksamen Zentrifugalkräfte
auftritt.
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Als Folge hiervon kann ein verstärkter Verschleiß an Bauelementen
auftreten, insbesondere dann, wenn die Kupplung häufig im Lastbereich gefahren wird.
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Man könnte daran denken, die Schraubendruckfedern mit einer solchen
Vorspannung einzusetzen und auf ein solches Verhältnis von Axiallänge bei unbelasteter
Kupplung zu Axiallänge bei maximal belasteter Kupplung einzustellen, daß auch bei
Einwirkung eines maximalen Drehmomentes auf die Kupplung keine Schraubendruckfeder
die Berührung mit den beiden zugehörigen Schraubendruckfederlagern verliert. Jedoch
verbietet sich eine derartige Auslegung der Federn in den meisten Fällen deshalb,
weil die mit einem möglichst geringen Durchmesser auszuführenden Kupplungen zwischen
benachbarten Schraubendruckfederlagern nur einen bezüglich der zu beherrschenden
Drehmomente verhaltnismäßigen geringen Abstand auSweisen, so daß Schraubendruckfedern
mit vrhältnismüßig wenigen Schraubwendelgängen verwendet
werden
müssen, die bei hoher Federkonstante nur ein verhältnismäßig geringes Verhältnis
von Länge im entlasteten Zustand zu Länge It:L normal vorgespannten Zustand aufweisen.
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Bei verschiedenen praktischen Anwendungsfällen hat sich ergeben, daß
die auf die Kupplung wirkende Drehmomentbelastung in lediglich einer Richtung auftritt,
während andererseits auch hier das Problem besteht, ein Abheben der einen Hälfte
der Schraubendruckfedern von den zugehörigen Schraubendruckfederlagern möglichst
zu verhindern.
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Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaffung einer lediglich auf
eine Drehmomentbelastung in einer Richtung ausgelegten Kupplung, bei welcher in
jedem Belastungszustand einschließlich des maximalen Belastungszustandes ein Abheben
der entlasteten Schraubendruckfedern von den zugehörigen Schraubendruckfederlagern
verhindert wird. Erreicht wird dies dadurch, daß die zischen die rchraubendruckfederlager
eingesetzten Schraubendruckfedern abwechselnd eine verhältnismäßig hohe und eine
verhältnismäßig niedrige Federkonstante aufweisen, daß hierbei diejenigen Scllraubendruckfedern,
welche bei der auftretenden Orehmomentbelastung zusammengedrückt werden, eine verhältnis
mäßig hohe Federkonstante aufweisen, während diejenigen Schraubendruckfedern, welche
bei der auftretenden Drehmomentbelastung entlastet werden, eine verhältnismäßig
geringe Federkonstante bei langem Federweg aufweisen, und daß die ochraubendruckfedern
mit der geringeren Federkenstante auch bei maximaler Drehmomentbelastung ne ob unter
Verspannung regen die zugehörigen Scllraubendruckfederlaget anliegend ausgebildet
sind.
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Bei der erfindungrsgemaßen kupplung dienen die Schraubendruckfedern
mit der geringeren Federkonstante lediglich dazu, im unbelasteten Zustand die beiden
Kupplungshälften so gegeneinander einustellen, daß alle Schraubendruckfederlager
gleiche Winkelabstände voneinander aufweisen. Im Belastungszustand becinflusen di
r,chraubenfedern mit der geringeren Federkonstante
über die Schraubendruckfederlager
auch die Schraubendruckfedern mit der höheren Federkonstante, und zwar im gesamten
Belastungsbereich bis einschließlich zur maximalen Drehmomentbelastung, jedoch können
hierbei die Schraubendruckfedern mit der geringeren Federkonstante so schwach ausgebildet
werden, daß die Gesamt charakteristik der Kupplung nicht wesentlich geändert wird,
während gleichzeitig ein Hin- und Herschleudern der Federn mit der geringeren Federkonstante
nebst daraus folgendem Materialverschleiß vermieden werden.
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Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel können die Schraubendruckfedern
mit der stärkeren Federkonstante je aus einem Paar koaxialer Schraubendruckfedern
gebildet sein.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutern.
Es zeigen: Fig. 1 den Verlauf des Drehmomentes Md als Funktion der gegenseitigen
Winkelauslenkung beider Kupplungshälften bei einer in beiden Drehrichtungen belastbaren
Kupplung nach dem Stand der Technik, insbesondere nach der deutschen Patentschrift
954 929, Fig. 2 eine Kennlinie ähnlich Fig. 1 bei einer lediglich in einer Drehrichtung
belastbaren Kupplung nach der Erfindung, Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kupplung in einer senkrecht zur Kupplungsachse verlaufenden Schnittebene sowie in
bruchstückweiser Darstellung, wobei lediglich ein Sektorenbruchstück veranschaulicht
ist.
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Vorab sei darauf hingewiesen, daß in der folgenden Beschreibung identische
Bauelemente oder Teile gleiche Bezugs ziffern, jedoch zur gegenseitigen Unterscheidung
ügf. untersohiedliche Kennzeichnungsbuchstaben aufweisen. Wenn derartige
Bauelemente
oder Teile in ihrer Gesamtheit betrachtet werden, nungs sind indessen die Kennzeich
/buchstaben der einfacheren Darstellung wegen weggelassen.
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Die in Fig. 3 veranschaulichte elastische Wellenkupplung weist zwei
einander gleichachsig gegenüberstehende kreisscheibenförmige Kupplungshälften auf,
von denen lediglich eine Kupplungshälfte 1 als Sektorbruchstück veranschaulicht
ist. Jede Kupplungshälfte weist an ihrem Umfang in gleichen Winkelabständen je eine
,lenlzahlige Gruppe von jeweils zu der anderen Kupplungshälfte hin verlaufenden
achsparallelen Wellenzapfen auf, von denen lediglich der Kupplungshälfte 1 zugeordnete
Wellenzapfen 2a, 2b und der nicht veranschaulichten Kupplungshälfte (welche parallel
zu der Kupplungshälfte 1 oberhalb der Zeichnungsebene verlaufend zu denken ist)
zugeordnete Wellenzapfen 3a, 3b (letztere im Querschnitt je mit zwei diametralen
dunkel angelegten Quadranten) veranschaulicht sind. Die Wellenzapfen 2a, 2b....
der Kupplungshälfte 1 einerseits und die Wellenzapfen 3a, 3b.... der anderen (nicht
veranschaulichten) Kupplungshälfte andererseits, welche zwei jeweils gleichzahlige
Gruppen bilden, verlaufen jeweils achsparallel zu der jeweils demgegenüber drehbaren
anderen Kupplungshälfte hin, wobei sich die Wellenzapfen 2a, 2b... und 3a, 3b...
beider Kupplungshälften auf dem größten Teile ihrer Axiallänge überlappen.
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Zwei Gruppen von gleichartigen Schraubendruckfederlagern 4a, 4b,,..
bzw. 5a, 5b...., welche auf je einem zugehörigen Wellenzapfen 2a, 2b.... bzw. 3a,
3b.... schwenkbar gelagert sind, weisen je ein Paar in Tangentialrichtung sowie
mit ihren Achsen stumpfwinklig zueinander verlaufender Federlagerzapfen 6, 7 von
unterschiedlichem Durchmesser auf, wobei sich jeweils zwei gleichartige, in Fig.
3 mit gleicher Bezugsziffer versehene Federlagerzapfen benachbarter Schraubendruckfederlager
spiegelsymmetrisch gegenüberstehen. Jedes Schraubendruckfederlager 4, 5 ist mit
einer Lagerbüchse 8 versehen, welche
den zugehörigen Zapfen 2 aufnimmt,
Bei der gezeigten Kupplung liegen die Achsen sämtlicher Federlagerzapfen 6, 7 in
einer zu den Ebenen beider Kupplungshälften parallelen, senkrecht zu der Kupplungsachse
verlaufenden Ebene, die in einem gewissen Abstand oberhalb der Zeiehnungsebene verlaufend
zu denken ist.
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Die Kupplung umfaßt zwei Gruppen vorgespannter unterschiedlicher Schraubendruckfedern,
wobei jedem Schraubendruckfederlager 4, 5 je eine Schraubendruckfeder jeder der
beiden Gruppen zugeordnet ist. Gemäß Fig. 3 sind jedem Schraubendruckfederlager
4, 5 eine Schraubendruckfeder 9 von einer verhältnismäßig geringen Federkonstante
und eine Schraubendruckfeder 10 von verhältnismäßig hoher Federkonstante in Verbindung
mit einer hierzu koaxialen Zusatzfeder 11 zugeordnet. Die genannten Schraubendruckfedern
9 und 10, 11 umgeben koaxial die zugeordneten Federlagerzapfen 6 bzw. 7 und werden
durch diese radial in ihrer Lauge gehalten. Demgemäß sind über den gesamten Umfang
der Kupplung in den Zwischenräumen zwischen je zwei Schraubendruckfederlagern 4
5 abwechselnd eine Schraubendruckfeder von verhältnismäßig geringer Federkonstante
entsprechend der Feder 9 und eine Schraubendruckfeder von verhältnismäßig hoher
Federkonstante entsprechend der Schraubendruckfeder 10 in Verbindung mit der Zusatzfeder
11 angeordnet. Die Vorspannung beider Arten von Schraubendruckfedern gbzw, 10, 11
ist so ausgelegt, daß im unbelasteten Zustand der Kupplung, wenn kein Drehmoment
einwirkt, die Schraubendruckfederlager gegenüber den Schraubendrackfederlagern gleiche
Winkelabstände aufweisen, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.
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Zur Erläuterung der Tfirkungslreise der einer bekannten Kupplung nach
dem Stand der Technik zugeordneten Charakteristik gemäß Fig. 1 sei ans,enommen,
daß in Abweichung zu der vorangehend erläuterten Fig. 3 zwischen den Schraubendruckfederlagern
4, 5 Schraubendruckfedern von identischer Ausbildung vorgesehe sind, so daß also
die Schraubendruckfedern 10, 11 einerseits
und die Schraubendruckfedern
9 vollkommen gleich ausgebildet sind. Wenn in einem solchen Fall die beiden Kupplungshälften
unter Einwirkung eines Drehmomentes Md gegeneinander in der einen oder anderen Richtung
verdreht werden, was bedeutet, daß sich beispielsweise das Schraubendruckfederlager
4b gemäß Fig. 3 dem Schraubendruckfederlager 5a oder aber dem Schraubendruckfederlager
5b annähert, so befindet man sich bei der Charakteristik gemäß Fig. 1 entweder auf
dem rechten oder linken Ast der ausgezogen gezeichneten Kennlinie. Da die beiden
Gruppen als identisch angenommener Schraubendruckfedern unter Vorspannung zwischen
die Schraubendruckfederlager 4, 5 eingesetzt sind, erhält man ausgehend vom Ursprung
gemäß Fig. 1 in jedem Kurvenast zu Beginn einen verhältnismäßig steilen Kennlinienverlauf
bis zu einem Winkel v welcher sich daraus ergibt, daß die bei der Kupplungsbelastung
jeweils entlastete Gruppe von Schraubendruckfedern im Sinne des angelegten belastenden
Drehmomentes wirkt. Die Federcharakteristik der beiden Federgrunpen für sich allein
genommen ist in der Nähe des Ursprungs von Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Bei Verdrehung
der Kupplung in der einen oder anderen Richtung um einen Winkel y v ist die eine
Gruppe von Schraubendruckfedern völlig entlastet, so daß bei einer weiteren Drehmomentbelastung
die Kennlinie nunmehr ausschließlich durch die Federcharakteristik der einen belasteten
Gruppe von Schraubendruckfedern bestimmt ist,- bis zum Erreichen eines maximalen
Auslenkungswinkels@* @* max bzw.
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+ maxw wobei die letztgenannten Maximalwinkel einem Zusaizlmenstoßen
der Stirnflächen der Federlagerzapfern 6 bzw. 7 in Fig.
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3 entsprechen.
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Sobald unter BeJastwlg eine Winkelauslenkung von > # v erreicht
ist, können sich die entlasteten Schraubendruckfedern der einen Gruppe in Tangentialrichtung
bewegen und auf den Federlagerzapfen 4, 5 schleifen, was erfindungsgemäß verhindert
werden soll.
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Bei einer erfindungsgemäßen Kupplung gemäß Fig. 3 erhält man die von
Fig. 1 abweichende Charakteristik gemäß Fig. 2. Im rechten Teil des Schaubildes
ist die Kennlinie aller in der Kupplung enthaltenen Schraubendruckfedern 10, 11
gestrichelt veranschaulicht und mit X/XI bezeichnet. Entsprechend der bereits bei
der vorangehenden Abhandlung von Fig. 3 gemachten Annahme, daß die Federn 10, 11
eine verhältnismäßig hohe Federkonstante aufweisen sollen, verläuft die Kennlinie
X/XI verhältnismäßig steil. Die Kennlinie der Federn 9 gemäß FiK.3 ist demgemäß
entsprechend der verhältnismäßig geringen Federkonstante wesentlich flacher. Die
Kennlinie dieser letztgenannten Federn ist in Fig. 2 mit IX bezeichnet. Um die erfindungsgemäße
Problemstellung zu erfüllen, ist es erforderlich, daß die Kennlinie IX die Abszisse
an einer Stelle v2 schneidet, welche nicht näher am Ursprung liegen darf als der
Winkel +#max. Gemäß Fig. 2 fallen die Abszissenpunkte t v2 und + max zusammen, jedoch
kann t v2 auch bei Betrachtung gemäß Fig. 2 rechts von dem Punkt +#max liegen. Die
Kennlinie 10/11 schneidet die Abszisse bei einem Winkelwert»v1, welcher mit dem
YJinkelwertXv von Fig. 1 vergleichbar ist.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Kupplung ist - ausgehend vom Ursprung
- der rechte Ast der insgesamt analog Fig. 1 dick ausgezogenen resultierenden Kennlinie
nicht nur durch die Kennlinie X/XI sondern auch durch die Kennlinie IX bestimmt,
weil die Kraft der Federn 9 im gleichen Sinne wie die angelegte Drehmomentbelastung
wirksam ist. Erst bei einer Winkelauslenkung von +#max fällt die resultierende Kennlinie
mit der Kennlinie X/XI zusammen. Liegt indessen der Abszissenpunkt v2 rechts außerhalb
des Abszissenpunktes +Ymax' so bleibt die resultierende Kennlinie rechts vom Ursprung
stets unterhalb der Kennlinie X/XI.
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Bei Anlegung eines Drehmomentes in umgekehrter Richtung weist
die
erfindungsgemäße Kupplung grundsätzlich eine ähnliche Charakteristik wie die bekannten
Kupplungen auf, so daß der linke Kennlinienast von Fig. 2 in der grundsätzlichen
Funktionsweise demjenigen des linken Kennlinienastes von Fig, 1 entspricht, abgesehen
davon, daß wegen der verhältnismäßig geringen Federkonstante der Federn 9 eine Maximalauslenkung
der Kupplung entsprechend dem Winkelwert ~K/max bereits bei einem wesentlich geringeren
Drehmoment MdmaX gegenüber dem maximalen Drehmoment + Md bei Belastung in positiver
Winkelrichtung erreicht wird.
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Dies ist jedoch unerheblich, weil die erfindungsgemäße Kupplung in
Übereinstimmung mit den vorgesehenen praktischen Anwendungsfällen lediglich zur
Aufnahme einer Drehmomentbelastung in positiver Winkelrichtung ausgebildet ist.
In diesem letztgenannten Fall, für den die erfindungsgemäße Kupplung ausgebildet
ist, stehen alle Schraubendruckfedern 9 zumindest bis zum Erreichen des Winkelwertes
+?max gegenüber den hiermit zusammenwirkenden Federlagerzapfen 4, 5 unter Vorspannung,
so daß ein IIin- und Herschleudern der Federn nicht möglich ist und damit ein Verschleiß
an den Federlagerzapfen vermieden wird.