DE2359785A1 - Kupplung - Google Patents

Description

29. November 1973

(Consultants) Limited Charles Chapman,/Großbritannien

Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Kraftübertragung zwischen rotierenden Antriebs- und Arbeitswellen, mit mindestens einem, j.edoch zum ^kinetischen Ausgleich vorzugsweise mindestens zwei Verbindungselementen, die mit den Wellen so verbunden sind, daß die Kupplung bei normalen Geschwindigkeiten und Belastungen eine geringe oder sogar eine Null-Torsionssteifigkeit (ZTS) aufweist. _x

Es wurde theoretisch bewiesen und durch Experimente bestätigt, daß, wenn eine Kupplung.mit einer ZTS zwischen zwei Teilen eines rotierenden Systems vorgesehen ist und ein Drehmoment übertragen kann, und,wenn ein Teil des Systems Drehmomenten unterworfen ist, die zum Teil sehr stark über und unter einem mittleren Drehmoment liegen,

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dann wird das auf den anderen Teil des Systems übertragene Drehmoment das mittlere Drehmoment sein, gänzlich ohne irgendwelchen Schwankungen über oder unter dem mittleren Drehmoment.

Es wurde auch bewiesen und durch Experimente bestätigt,daß, falls das Verhältnis der Torsionssteifigkeit einer Kupplung zu einem zu irgendeiner Zeit übertragenen Drehmoment (S/T-Verhältnis) einen niedrigen Wert hat und wenn der eine Teil des rotierenden Systems Drehmomentschwankungen eines gegebenen Wertes über und unter dem mittleren Wert unterworfen ist, dann wird der Wert der Drehmomentschwankungen, die durch die Kupplung auf den anderen Teil des Systems übertragen werden, fast direkt proportional zum S/T-Verhältnis sein. Ist das nach Zeit, Geschwindigkeit und Durchschnittsdrehmoment betrachtete S/T-Verhältnis null, dann gibt es auch keine übertragenen Drehmomentschwankungen, . unabhängig von den Schwankungen auf der Obertragungsseite und den totalen Trägheiten auf beiden Seiten, ßin S/T-Verhältnis von unter etwa 1o, wird nur mehr oder weniger wesentliche Schwankungsübertragungen zulassen, wenn die Trägheit auf der aufnehmenden bzw. Arbeitsseite gegenüber der Obertragungsseite niedrig ist. Wenn aber die Trägheit auf der Arbeitsseite im Vergleich zur Trägheit auf der Übertragungsseite hoch ist, dann ist ein S/T-Verhältnis .nahe bei null nötig, um die übertragenen Schwankungen auf zu vernachlässigende Werte zu reduzieren. Hat das S/T-Verhältnis einen relativ hohen Wert, z.B. von So oder mehr, dann wird die Kupplung die übertragenen Schwankungen kaum vermindern, unabhängig von den Werten der beiden Trägheiten, außer das Verhältnis der Trägheit auf det Arbeitsseite zur

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Trägheit auf der Antriebsseite ist extrem niedrig, bzw. annähernd null.

Bei einer Kupplung, bei der das S/T-Verhältnis null oder sehr niedrig ist, besteht das Risiko einer Überbeanspruchung der Kupplung beim Start und kleinen Geschwindigkeiten, λ^βηη die kinetische Energie des Systems sehr niedrig ist. Wenn das Anzugsmoment auf den Antriebsteil einen hohen Wert im Vergleich zu seiner Trägheit hat und wenn dieses Drehmoment rasch zur Anwendung kommt, dann wird der Antriebsteil sich auch schnell über den getriebenen Teil des Systems hinaus beschleunigen, welcher nur durch das Drehmoment, in der Kupplung infolge ihrer Abweichung beschleunigt wird;,und dieses Drehmoment wird mit einem sehr niedrigen S/T-Verhältnis zu vernachlässigen sein. Diese Geschwindigkeitssteigerung des Antriebsteiles gegenüber dem angetriebenen System wird verstärkt, wenn die Trägheit der angetriebenen Seite hoch ist und, um die Geschwindigkeiten anzugleichen bevor die Kupplung die Sicherheitsabweichung weit überschritten hat, können Anschläge notwendig werden, um eine Überbeanspruchung der Kupplung zu vermeiden. Selbst bei einer nur mäßig hohen Trägheit auf der Arbeitsseite kann der Stoß bei Berührung der Anschläge so groß werden, daß die Anschläge selbst versagen. Es sind Fälle über Kupplungen mit einem sehr niedrigen S/T-Verhältnis bekannt geworden, die in einem Bruchteil einer Sekunde nach dem Auftreten des Anzugsmomentes zerstört worden sind. In anderen Fällen hat ein plötzlicher Geschwindigkeitsausgleich bei hohen Trägheiten an dem einen oder anderen oder an beiden Teilen des kombinierten Systems erheblichen Schaden verursacht. : ."

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Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung, in einem System, das durch eine Kupplung mit einem ZTS oder einem sehr niedrigen S/T-Verhältnis bei normaler Arbeitsgeschwindigkeit und Drehmomenten gekuppelt ist, eine Beschleunigung des Antriebsteils über den angetriebenen Teil hinaus beim Starten und Anlaufen auf Geschwindigkeit zu verhindern.

Bei Kupplungen obiger Art können die Verbindungselemente der Kupplungshälften so angebracht sein, daß beim Rotieren der Kupplung die Zentrifugalkräfte, die auf die Verbindungselemente wirken, ein Drehmoment (hier auch Zentrifugal-Drehmoment oder C.F.T. genannt) von der Antriebs- auf die Arbeitsseite, oder umgekehrt, übertragen. Die Ausführung ist im allgemeinen so, daß nach entsprechender Drehabweichung zwischen den Antriebs- und Arbeitsteilen von einer Ausgangsposition aus, die Schwerpunkte der Verbindungselemente relativ zur Rotationsachse nach innen oder nach außen bewegt werden, so daß bei einer gegebenen Geschwindigkeit, eine Änderung in der Torsionsabweichung zu einer Änderung im Wert des C.F.T. führt.

Deshalb wird,bei einer gegebenen Geschwindigkeit und Abweichung der Kupplung, wenn die anzutreibende Belastung von einem Wert der gerade das C.F.T. bei dieser Abweichung ausgleicht, reduziert wird, das C.F.T. des Antriebs- oder .Belastungsmoment übersteigen und der Schwerpunkt der Verbindungselemente wird sich nach außen bewegen und so die Abweichung der Kupplung ändern und weiterhin das C.F.T. über das Antriebs- oder Belastungsmoment hinaus erhöhen. Deshalb werden sich, sofern das Belastungsmoment nicht unverzüglich erhöht wird, die Schwerpunkte der Verbindungselemente weiter-

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— J "■

hin nach außen bewegen, bis sie durch Mittel, wie Haltevorrichtungen, gestoppt werden öder bis die den Schwerpunkt jedes Verbindungselementes und die Verbindung der Verbindungselemente zu den Antriebs- oder Arbeitsteilen verbindende Linie durch die Rotationsachse hindurchgeht. In manchen Fällen kann dies sehr unerwünscht sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, diesen potentiellen Nachteil zu überwinden.

Gemäß der Erfindung ist eine rotierende Kupplung mit einem Antriebs- und einem Arbeitsteil, die sich um eine gemeinsame Achse drehen und zwischen denen ein oder mehrere Kupplungselemente zur Übertragung von Drehmomenten vom Antriebs- auf den Arbeitsteil befestigt sind, vorgesehen, wobei das oder die Kupplungselemente so angeordnet sind, daß eine Rotationsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in der Antriebsrichtungverhindert wird, wenn die Kupplung unter einer vorgegebenen Geschwindigkeit rotiert, und eine Rotationsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in beiden Rotationsrichtungen möglich ist, wenn die Kupplung mit einer höheren als der vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert.

Die Kupplungselemente können so angeordnet sein, daß bei Rotation der Kupplung die Zentrifugalkraft auf jedes Kupplungselement wirkt, daß zwischen den Kupplungshälften ein Zentrifugalmoment entsteht, das dazu neigt, den angetriebenen Teil gegenüber dem Antriebsteil in der Bewegungsrichtung abweichen zu lassen. .

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Die Kupplung kann ferner Einrichtungen für ein Gegen-Drehmoment umfassen, die so angebracht sind, um zwischen den Teilen ein Gegen-Drehmoment entstehen zu lassen, das größer als das Zentrifugalmoment und diesem entgegengesetzt ist für Kupplungsgeschwindigkeiten bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit.

Vorzugsweise werden die Kupplungselemente und die Gegen-Drehmomentorgane· so angeordnet, daß über einen Abweichungsbereich und / oder Geschwindigkeiten, die größer als die vorbestimmte Geschwindigkeit sind, das Anwachsen des Zentrifugalmomentes, das von einer anwachsenden Abweichung zwischen den Teilen herrührt, dem korrespondierenden Anwachsen des durch die Gegendrehmomentorgane ausgelösten Gegendrehmomentes entgegengesetzt und im wesentlichen gleich ist.

Die Gegendrehmomentorgane können so angeordnet sein, daß sie der Kupplung jedes gewünschte S/T-Verhältnis bei einer oder mehreren vorbestimmten Geschwindigkeiten und Abweichungen geben. Die Geg.endrehmomentorgane können auch so angeordnet sein, daß sie die Antriebs- und Arbeitsteile zueinander fixieren, wenn sich das System in Ruhestellung befindet, so daß die Kupplungselemente die gewünschte statische Lage einnehmen und diese Lage bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit beibehalten wird.

Wenn die Antriebsrichtung umgekehrt wird oder wenn der angetriebene Teil den Antriebsteil überläuft, werden die

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Kupplungselemente zum Verformen neigen und diese Tendenz wird durch das C.F.T. verstärkt werden. Die Gegendrehmomentorgane werden sich dieser Verformung widersetzen, jedoch werden sie normalerweise · nicht ausreichen, dies zu verhindern. Es kann dann erwünscht'sein, eine oder mehrere- passende Zusatzeinrichtungen vorzusehen, um die Verformung auf ein vorgegebenes Ausmaß zu beschränken. Solche Zusatzeinrichtungen können z.B. ein oder mehrere elastische Anschläge zur Begrenzung der Umfangsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem angetriebenen Teil im Fall einer Umkehrung der Antriebsrichtung oder eines Überlaufens sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsbeispiele einer Kupplung darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild der auf zwei Lenker'von ungleicher Länge wirkenden Kräfte, wobei der Antriebsteil gegenüber dem Arbeitsteil mit einer Abweichung gezeichnet ist und der Lenker Io Yo um den Zapfen Yo auswärts schwingt,

Fig. 2 ein Diagramm des Kupplungsdrehmomentes mit einem Abweichungswinkel bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten für eine Kupplung gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild einer Kupplung, ähnlich der Fig. 1, jedoch mit Lenkern gleicher Länge, wobei der Antriebsteil mit einer Abweichung gegenüber dem Arbeitsteil

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gezeichnet ist und der Lenker Xo Jo um den Zapfen Xo auswärts schwingt,

Fig.4 ein Diagramm ähnlich der Fig. 2 für eine Kupplung gemäß Fig. 3,

Fig.S ein Diagramm ähnlich den Fig. T und 3, wobei die
Kupplungsverbindung, die am Antriebsteil gelagert ist, mit einer Drehfederbüchse ausgerüstet ist, die als ein Gegendrehmomentorgan wirken kann,

Fig.6 u.7 Drehmomentkurven der Kupplung gemäß Fig. 5,
Fig.8 u.9 Seitenansichten und

Fig. 1o eine Stirnansicht von Kupplungen mit verschiedenen Arten von Gegendrehmomentorganen (die Verbindungselemente sind nicht gezeigt),

Fig.11u.12andere Formen der Verbindungselemente,

Fig. 13 eine schaubildliche Darstellung eines seitlich
flexiblen Verbindungselementes ^ das fest an den
Antriebs- und Arbeitsteilen der Kupplung verankert ist,

Fig.14u.15je eine Kupplung mit zwei Verbindungselementen bei verschiedener Anordnung der Verbindungselemente und

Fig. 16 eine Teilansicht eines. Verbindungselementes und einer Gelenkszapfenverbindung für eine Kupplung großer
Kapazität, teilweise im Schnitt.

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Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Kupplung-einen Außenflansch 1o und einen Flansch 12 (die einzigen gezeigten Teile) und eine Anzahl von Verbindungselementen in Form von Lenkern Xo Jo und Jo Yo, Die Punkte X, J und Y stellen Gel'enkzapfen dar, die vorzugsweise mit selbstschmierenden Lagern ausgerüstet sind und O ist das Drehzentrum der Kupplung. Bei dieser Ausführungsform hat X einen größeren Radius von'O aus als Y. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Unterbringung der Antriebs- und Arbeitsflansche ineinander ermöglicht· wird und dadurch die axiale Länge der Kupplung auf ein Minimum gehalten werden kann. Die Längen ' OXo und OYo können jedoch innerhalb praktischer Grenzen, - sie können beispielsweise auch gleich sein - verändert werden.

Der Lenker Xo Yo kann auch als X-Lenker und JoYo als Y-Lenker und der äußere Flansch 1o als Antriebsteil und der innere Flansch 12 als Arbeitsteil der Kupplung bezeichnet werden. Der Winkel θ in Figur 1 bedeutet die Torsionsabweichüng der Kupplung und θ = O, wenn der Punkt X bei Xr und der Y-Lenker radial ist. Die Kupplung arbeitet wie folgt: '_■"'.

In der Stellung YoJoYo sind die Lenker im wesentlichen in einer Linie. Das System ist in Ruhe und die Torsionssteifigkeit der Kupplung ist fast unendlich.. Wenn nun der Außenflansch Io entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. (Pfeil 14), beispielsweise durch einen Elektromotor, der eingeschaltet \vird, dann wird das System mit ausgerichteten Lenkern beschleunigt, wodurch eine Umfängsabweichüng des Antriebsteiles

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gegenüber dem Arbeitsteil verhindert wird, so als wenn die Massen des Antriebs- und Arbeitsteiles eine vereinigte Trägheitsmasse wären. Das Drehmoment am Antriebsteil würde beim Ansteigen der Geschwindigkeit von seinem ursprünglich ' hohen Wert bis zum Vollast-Wert bei Dauergeschwindigkeit abfallen. Gleichzeitig bewirken die auf die Lenker wirkenden und die Kräfte Px und Py in den beiden Lenkern erregenden Zentrifugalkräfte CF. ein "Zentrifugalmoment" oder C.F.T., das zwischen den Antriebs- und Arbeitsflanschen auftritt, das dem Antrieb entgegenwirkt und versucht, den Arbeitsteil zu beschleunigen. Wenn die Kupplung auf eine Geschwindigkeit beschleunigt ist, bei welcher das C.F.T. gleich dem Antriebsdrehmoment ist, beginnen sich die' Lenker aus der Linie zu beilegen. Xo bewegt sich zur Stellung Xr. Dies erlaubt eine Umfangsabweichung des Antriebteiles gegenüber dem Arbeitsteil in jeder Rotationsrichtung. --

Wenn, da das Antriebsdrehmoment auf seinen Vollast-Wert abgefallen ist, der Antriebsflansch unbelastet ist, dann wirken unter Vernachlässigung der Reibungsverluste im System die Zentrifugalkräfte auf die Lenker fortgesetzt, um den Gelenkzapfen J auswärts zu drücken, mit der Tendenz, den Antriebsflansch zu verzögern und den Arbeitsflansch zu beschleunigen. Das Zentrifugalmoment fällt fast linear ab, bis der Y-Lenker radial verläuft und der X-Lenker sich in der Stellung Xr befindet. In dieser Stellung ist das Zentrifugalmoment null und die Trägheit des Antriebsteiles mag ihn veranlassen, über die Stellung Yr Jr Jo etwas hinauszugehen, bevor er wieder zurückgestoßen wird, aufgrund des leichten C.F.-Umkehrmomentes, welches dann unmittelbar auftritt. Dabei kann eine leichte Schwingung um die Stellung, in der der Lenker radial ist, folgen, bis ein sich infolge der Dämpfung ergebender Dauer-

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zustand eintritt.

Wenn nun eine äußere Belastung auf den Arbeitsflansch einwirkt, wird sich der Antriebsflansch über den Arbeitsflansch in eine Stellung, wie X, J, Yo, hinaus bewegen. In dieser Stellung wird das Zentrifugalmoment wieder dem Antriebsdrehmoment entgegenwirken und auf den Arbeitsteil ein Drehmoment in Richtung des Antriebs-Drehmomentes ausüben. Wenn beispielsweise der Antriebsflansch sich auf der Antriebswelle eines 2.ooo H.P. Elektromotores befindet, der mit einer Geschwindigkeit von 1.5oo r.p.m. mit einer 9 von etwa 12 läuft, wird das Drehmoment in der Kupplung etwa 84,ooo IbF in. für eine Steifigkeit von 4oo.ooo IbF.in./ radian sein. Das Steifigkeit-Drehmoment-Verhältnis solch einer Kupplung würde auf diese Weise etwa 4,75 sein, also gut unter dem, bei dem übertragene Fibrationen meßbar werden.

Es wird noch vermerkt, daß, bei einer Kupplung gemäß Fig. 1 das Zentrifugalmoment ansteigt, wenn die Gelenkverbindung von ihrer "unbelasteten" Stellung bei irgendeiner Geschwindigkeit (wenn der Y-Lenker radial bei Yr steht) abweicht im Gegensatz zu den vorerwähnten Kupplungen dieser Art, bei denen das Zentrifugalmoment sich erhöht, wenn die Gelenkverbindung von ihrer statischen Stellung abweicht. Wenn der Winkel der Torsionsabweichung θ der Kupplung als positiv betrachtet wird, wenn der Punkt X sich von Xr nach Xo bewegt und als negativ angesehen wird, wenn sich X von Xr weg von,Xo (in Fig. 1) bewegt, dann drückt das Zentrifugalmoment für die positiven Werte von θ während des Einsatzes der Kupplung den Flansch Y in die gleiche Drehrichtung wie Flansch X (auf diese Weise dem Antriebsdrehmoment entgegenwirkend) und für den negativen Wert von θ Y in die entge.-t

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gengesetzte Drehrichtung zu der von X.

In Fig. 3 zeigt die Stellung Xo Jo Yo die Gelenkverbindung in einer ausgerichteten Linie in Ruhestellung. Die Zentrifugalkraft wird von dem effektiven Gewicht bei J, dem Radius OJ und dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit abhängen. Diese Kraft hat ein Moment X = Abstand der Aktionslinie der Zentrifugalkraft aus X multipliziert mit der Zentrifugalkraft selbst und um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, muß dieses Moment das entgegenwirkende· Moment aus dem Stoß im Y-Lenker ausgleichen. In diesem Diagramm, in dem Y von X abweicht, ist θ wieder null, wenn der Y-Lenker radial zu Yr steht und er wird positiv, wenn Y sich nach Yo bewegt und negativ wird er, wenn Y sich nach Yn bewegt. Der Gelenkzapfen Y soll einen Radius von 7'' vom Drehzentrum O und der Gelenkzapfen X auf dem Antriebsflansch einen Radius von 1ο'¹ von O haben und die X- und Y-Lenker eine Länge von 3,5 " aufweisen. Der Motor soll von vorerwähnter Größe sein. Es wird eine Gabelzapfen-Verbindung zwischen den beiden Lenkern .bei J und ein effektives Gewicht in diesem Punkt von etwa 4 IbF angenommen.

Die Figur 4 zeigt die resultierende Drehmomentkurve. Es ist zu sehen, daß bei einem Vollast-Drehmoment von 84.000 IbF in. bei O-Geschwindigkeit θ = 25° (wenn die Lenker in Linie sind), bei 1,ooo Umdrehungen pro Minute würde θ ungefähr 22 ' ° sein und bei voller Geschwindigkeit von 1.5oo Umdrehungen θ = 17° - d.i. der Lenker ist um 8° aus seiner ausgerichteten Stellung abgewichen. Die Torsionssteifigkeit der Kupplung ist nahezu konstant und relativ niedrig von θ ■ Null bis etwa θ « 15 j worauf sie

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sich mit weiterer Abweichung-rapid vergrößert und sich dem "Unendlichen nähert in ausgerichteter Stellung mit θ = etwa 25°. .

In Fig. 5 ist das Gegendrehmomentorgan in Form einer Drehfederbüchse 3ö beim Zapfen X vorgesehen, um ein leichtes im Uhrzeigersinn schräg verlaufendes Drehmoment zum X-Lenker anzuwenden. Ein Anschlag S ist vorgesehen zur Begrenzung der Bewegung von J im Uhrzeigersinn um den Gelenkpunkt Xo, wodurch eine Umfangsabweichung des Antriebsteiles relativ zum Arbeitsteil in Antriebsrichtung verhindert wird, Solche Anschläge können an jedem oder beiden Lenkern X und Y vorgesehen sein und können angeordnet sein, um auf einen Teil der Gelenkverbindung zwischen X und Y- zu wirken oder sie können alternativ wirken zwischen den beiden Lenkern selbst. Es ist zu sehen, daß das "negative" Zentrifugalmoment .wächst im Wert zur Erhöhung' des negativen Wertes bis θ = ungefähr -2o (Fig. 7); worauf sein Wert zum Fallen tendiert, können solche Anschläge verhindern, daß die Gelenkverbindung die Abweichung über diesen Punkt eines maximalen "negativen" Zentrifugalmomentes hinaus fortsetzt. Abwechselnd oder zusätzlich kann vorzugsweise ein oder mehrere Anschläge zwischen den Antriebs- und Arbeitsteilen selbst zum Aufhalten der Abweichung der Kupplung aus ihrer Ruhestellung (Xo Jo Yo) angeordnet sein, wenn oder bevor der Y-Lenker radial steht, um so eine negative Kupplungsabweichung zu verhindern. Solche Anschläge sind in diesem Fall vorzugsweise elastisch. Ein Beispiel eines solchen Anschlags ist in Fig. 15, dargestellt.

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In Fig. 5, sei eine Ruhestellung der Gelenkverbindung Xo Jo Yo angenommen, in welcher Xo Jo 2 ist (obgleich der Anschlag S so angeordnet sein kann, daß dieser Winkel merklich größer ist) über der Linie Xo Yo und eine Drehfederbüchse soll in X sein mit einer Leistung von 1oo IbF in. pro Grad Abweichung. Die Büchse würde unverdreht sein, wenn der X-Lenker sich in der Linie Xo Yo befindet und würde auf diese Weise ein Drehmoment im Uhrzeigersinn bei JO von 2oo IbF.in. um X mit den Lenkern in der gezeigten Stellung entstehen lassen, woraus sich eine nach unten gerichtete Belastung bei JO von ungefähr 57 IbF, die von den Anschlag S aufgenommen wird, ergeben würde. Wenn die Kupplung auf eine Geschwindigkeit beschleunigt worden ist, bei der das C.F.T. minus dem Gegendrehmoment der elastischen Büchse das Antriebsmoment ausgleicht, bewegt sich J auswärts und Y nach Yr, wodurch sich der Winkel 0 und die nach abwärts gerichtete Belastung auf J vergrößern. Dies ermöglicht eine Umfangsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in jeder Rotationsrichtung. Wenn Y sich weiter von Yr nach Yn bewegt mit der Torsionsabweichung θ negativ, bewegt sich J nach innen und das Zentrifugalmoment wird umgekehrt. Es wird wiederum eine Flansch-Gelenkverbindung-Anordnung mit den vorher angegebenen Ausmaßen und mit dem gleichen Antriebsmotor vorausgesetzt. Der Winkel 0 in Fig. 5 hat einen Wert von etwa 44,5°, wenn die Büchse unverdreht ist. Fig. 6 zeigt die Drehmomentenkurve,die infolge der elastischen Büchse in Xo erhalten wird, während Figur 7 die Drehmomentenlcurven aus einer Kombination der Büchsenverdrehung und CF. zeigt. Mit der gewählten Büchse für die betrachteten Abmessungen, trägt die Kupplung ein Vollast-Drehmoment bei 1.5oo Umdrehungen

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pro Minute bei etwa θ = 2ο°, während ohne der Büchse (Fig. 4)' der entsprechende Wert von Q etwa 17° war. Das Drehmoment auf die Kupplung aus der elastischen Büchse in Xo wird dem aus CF. entgegenwirken und die Kupplung ist dadurch etwas steifer bei Vollast und einer Geschwindigkeit mit der Büchse in Xo, wenngleich sie bei reduzierter Belastung merklich weiter ist, wie ein Vergleich der Figuren 4 und 7 zeigt.

Anstelle der elastischen Büchse 3o in Xo zur Lokalisierung der Gelenkverbindung in der gewünschten Stellung in Ruhe und unter der vorbestimmten Geschwindigkeit, können auch andere Einrichtungen, wie die nachher in den Fig. 8 bis 1 ο beschriebenen, ebenfalls verwendet werden.

Die Kupplung in Fig. 8 hat Gegendrehmomentorgane in Form" eines Torsionsstabes 19, der mit den Flanschen 2o eine Einheit bildet, die mittels Bolzen oder dergleichen bei 21 am Antriebsteil 1o und am Arbeitsteil 12 befestigt sind'.

In Fig. 9 nehmen die Gegendrehmomentorgane die Form eines Gummi od. dgl. Zwischenstück 22 an, das Vorzugsweise mit den Flanschen 2o verbunden und so am Antriebs- und Arbeitsteil, wie in Fig. 8, befestigt ist.

In Fig. 1o sind als Gegendrehmomentorgane zwei (zum Ausgleich) Federn 25 vorgesehen, die zwischen Fortsätzen 23 und 24 auf den Stirnflächen der Antriebs- und Arbeitsteile wirksam sind. Die Federn ,können eine veränderbare Federkonstante aufweisen, so daß sich das Gegendrehmoment nicht linear mit der Abweichung verändert*

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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß eine Kupplung gemäß der Erfindung"ihre Drehmoment/ Abweichung-Kennlinien verändern kann durch geeignete Wahl der Gegendrehmomentorgane oder durch Anwendung einer geeigneten Kombination solcher Mittel. Getrennte Aufsetzgewichte können in oder nahe J angebracht werden, um das effektive Gewicht in J zu verändern. Veränderungen im Gelenk-Längenverhältnis und der Anzahl der Lenker pro Gelenkverbindung und der Anzahl der Gelenkverbindung pro Kupplung, wie auch die Radien von X und Y zum Zentrum 0, können auch die Kupplungskennlinien verändern.

Wenn auch nur eine Zweilenker-Gelenkverbindung dargestellt und beschrieben worden ist, so schließt die Erfindung auch Kupplungen mit Verbindungselementen aus zwei oder mehr Lenkern ein. X und Y können so durch eine Vielzahl von an den Enden drehbar verbundenen Lenkern (einige oder alle dieser Drehzapfen können Drehfederbüchsen sein) oder durch ein in Längsrichtung starres aber seitlich flexibles fortlaufendes Verbindungselement,-wie beispielsweise ein Drahtseil -, das in Wirklichkeit eine unbestimmte Anzahl von an den Enden miteinander verbundenen Lenkern bildet, wie es Fig. 11 zeigt, verbunden sein. Aufsetzgewichte können zu solch einer kontinuierlichen"·. Verbindung hinzugefügt werden, wobei der tatsächliche Schwerpunkt der Verbindung und der Gewichte (bei Vernachlässigung des Verhältnisses des in Xo und Yo gelagerten Gewichtes) das Äquivalent des Punktes J in den vorhergehenden Ausführungsformen bildet; und wenn die Verbindung mit ihren Enden an drehbaren oder teilweise drehbaren elastischen Gelenkzapfen befestigt ist, dann wird auf diese Weise die Verbindung nach außen gebogen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft, wenn die Kupplung auf

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eine vorbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt worden ist und Drehmomentkurven ähnlich denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen entstehen läßt.

Eine Ausführungsform mit einer Verbindung dieser Art würde einen flexiblen Anschlag zwischen den Lenkern X und Y erfordern, um sich einer Umkehrung des Antriebes oder einer Vorlauf-Tendenz anzupassen, wie es vorkommen kann,.wenn das Übertragungssystem, von dem die Kupplung einen Teil bildet, zum Halten gebracht wird.

Die Merkmale solch einer Ausführungsform können natürlich innerhalb der Erfindung variieren, z.B. können eine An-' zahl von in Parallellage zwischen den Punktepaaren Xo und Yo vorgesehenen Verbindungen sowie Draht, gesponnen oder als Nylonkord,(allein oder in Kombination)als Verbindungsmaterial angewendet werden. Andererseits können ähnliche Ausführungsformen Verbindungen in Form von dünnen, breiten Streifen aus Federstahl, wie in Fig. 12 gezeigt, verwenden. Diese könnten in ähnlicher Weise laminiert sein, wie die in Fahrzeugen verwendeten Blattfedern. Es ist gedacht i daß solch eine Kupplung mit einem sehr niedrigen Steifigkeit/Drehmoment-Verhältnis und mit einer Gelenkverbindung, in einer dieser flexiblen Verbindungsarten Anwendung finden kann, wenn die Trägheit des Arbeitsteiles weit höher als die des Arbeitsteiles.ist und die Rotationsgeschwindigkeit der Kupplung im Bereich von 2o.ooo Umdrehungen pro Minute liegt. Eine über ein Untersetzungsgetriebe schwere Rotationsmassen antreibende Turbine ist ein solcher Fall.

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Wenn die Kupplung beispielsweise mehr als zwei Verbindungselemente aufxveist, umfaßt jedes zwei oder mehrere drehbar verbundene Lenker und die X und Y Gelenkzapfen sind voneinander durch einen großen Winkel beabstandet und Anschläge S, wie in Fig. 5 beschrieben, die jedem Verbindungselement zugeordnet sind, können in üblicher Weise zur Anwendung kommen, um eine . Beschädigung der Lenker zu verhindern, wenn die Kupplung beschleunigt wird.

Wenn nach der Seite flexible durchgehende Verbindungselemente einer oben erwähnten Art als Gelenkverbindungen verwendet werden, können die Enden jeder Verbindung besser in starren Fortsätzen der Kupplungsteile als an Gelenkzapfen oder Drehfederbüchsen verankert sein. Fig. 13 zeigt die Form, die solch eine Verbindung annehmen könnte, wenn die Abweichung unter CF. (Zentrifugalkraft) und wenn die Kupplung über der vorbestimmten Geschwindigkeit läuft.

Fig. 14 zeigt einen Teil einer Kupplung mit zwei sichelförmigen elastischen Verbindungselementen, von denen nur eines, 4o, gezeichnet ist. Das Verbindungselement 4o weist am einen Ende eine Hse 42, die drehbar auf einem am Antriebsteil befestigten Zapfen 44 sitzt und am anderen Ende eine fise 46, die ebenfalls drehbar auf einem am Arbeitsteil befestigten Zapfen 48 gelagert ist, auf. Vom anderen Verbindungselement sind nur die fisen 5o u. 52 zu sehen."

Das Verbindungselement 4o ist I-förmig im Querschnitt und ist mit einem Anschlagglied 54 zum Anschlag gegen die öse5O

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einstückig geformt, um eine Ümfangsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung zu verhindern, wenn die Kupplung in Ruhe ist oder mit einer Geschwindigkeit unter der vorbestimmten rotiert.

Fig. 15 zeigt einen Teil einer Kupplung mit zwei Verbindungselementen, in welcher jedes Verbindungselement zwei drehbar gelagerte Lenker aufweist. Nur das obere Verbindungselement ist voll gezeigt und hat einen am_s Antriebsteil 1o drehbar gelagerten Lenker 6o und einen am Arbeitsteil 12 drehbar gelagerten Lenker 62. Die Lenker sind in 64 miteinander drehbar verbunden. Zwei alternative Anschläge sind angegeben: Der eine, ein Fortsatz 66 ist am Lenker 6o* befestigt, der gegen die flse 68 des unteren Verbindungselementes., wo es mit dem Arbeitsteil 12 verbunden ist, anschlägt, um eine Ümfangsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung zu verhindern, wenn die Kupplung in Ruhe ist oder mit einer niedrigeren als der vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert; der andere, die Fortsätze 7o und 72 an den Antriebs- und Arbeitsteilen Io und 12, wobei die Fortsätze anschlagen, wenn die Kupplung sich in Ruhe befindet oder mit einer niedrigeren als der vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert.

Ein weiterer Fortsatz 74 ist auf dem Antriebsteil 1o zum Anschlag gegen einen Fortsatz 14 vorgesehen, wenn die Antriebsrichtung sich ändert oder der Arbeitsteil vorläuft. Ein elastisches Polster 76 ist an einem Fortsatz 14 befestigt, um den Anschlag zwischen den Fortsätzen 72 und" zu dämpfen. !

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B£e Wirkung der Zentrifugalkraft auf die in den Fig. 14 und 15 gezeigten Verbindungselemente ist ähnlich der in Fig. 1. beschriebenen, die die Umfangsabweichung zwischen den Antriebs- und Arbeitsteilen verursacht, wenn die Kupplung sich über die vorbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt. Die Abweichung tritt in Fig. 14 durch elastische Deformation des Verbindungselementes 4Q und in Fig. 15 durch Drehung der Verbindungselemente 6q und 62 im Drehpunkt 64 auf. Dies ermöglicht eine Umfangsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in jeder Rotationsrichtung.

Fig. T6 zeigt eine weitere mögliche Anordnung, bei der in einer.Kupplung mit Gelenkverbindungen als Kupplungselemente» eine Anzahl von Gelenkverbindungen parallel angeordnet sind, um die Drehmoment-Aufnahmefähigkeit bei einer gegebenen Geschwindigkeit zu vergrößern oder bei einem gegebenen Durchmesser. Drei X-Gelenkverbindungen 8o sind drehbar mit zwei Y-Gelenkverbindungen 82 verbunden, wobei jeder Satz von X und Y parallel angeordnet ist. Die X-Verbindungen stehen drehbar mit dem Antriebsteil 1o und die Y-Verbindungen drehbar mit dem Arbeitsteil 12 in Verbindung, Obgleich drei X-Verbindungen in dieser Figur zu sehen sind, so können es auch zwei oder mehr sein.

In den Ausführungsformen dieser Beschreibung sind die Gelenkverbindungen vorzugsweise gleichmäßig auf den Kupplungs· umfang verteilt, wenn die Kupplung in Stirnansicht betrachtet w,ir4,.

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Claims (13)

Patent ansp rüche ·

1..'Kupplung mit um eine gemeinsame Achse rotierenden Antriebs- und Arbeitsteilen, zwischen denen zur Übertragung eines Drelomomentes vom Antriebs- auf den Arbeitsteil ein oder mehrere Verbindungselemente vor-

- gesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungselement (X, J, J, Y, 6o, 62, 4o> so angeordnet, ist, daß eine Rotationsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung verhindert wird, wenn die Kupplung mit geringerer, als der vorbestimmten Geschwindigkeit umläuft und, daß eine Rotationsabweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in beiden Drehrichtungen ermöglicht ist, wenn die Kupplung mit höherer als der vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert. "

2, Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (X, J, J, Y, 6o, 62, 4o) so angeordnet sind, daß bei'Rotation der Kupplung die Zentrifugalkraft jedes Verbindungselementes zwischen den Kupplungsteilen ein Zentrifügalmoment entstehen läßt, das eine Abweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung bewirkt.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gegendrehmomentorgane (19, 22, 25, 3o, > angeordnet sind, die zwischen den Kupplungsteilen ein Gegendrehmoment aufbauen, das für Geschwindigkeiten bis zur vorbestimmten Größe größer als das Zentrifugalmoment und diesem entgegengesetzt ist.

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4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente und die Gegendrehmomentorgane so angeordnet sind, daß über einem Abweichungsbereich und/ oder bei Geschwindigkeiten, die höher als die vorbestimmte sind, die Zunahme des sich aus der anwachsenden Abweichung zwischen den Kupplungsteilen ergebenden Zentrifugalmomentes entgegengesetzt und im wesentlichen gleich ist dem entsprechenden Anwachsen des Gegendrehmomentes, das durch die Gegendrehmomentorgane entsteht.

5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegendrehmomentorgan ein zwischen Antriebsund Arbeitsteil eingebauter Drehstab (19) vorgesehen ist.

6. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendrehmomentorgane von einer oder mehreren Schraubenfedern (25) gebildet sind, die zwischen radial sich erstreckenden Vorsprüngen (23,24,) des Antriebsund Arbeitsteiles angeordnet sind.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente von einer Anzahl von Lenkern (X, J, J, Y, 6o, 62), die zwischen den Kupplungsteilen an den Enden drehbar verbunden sind.

8. Kupplung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendrehmomentörgan aus einer oder mehreren Drehfederbüchsen (3o) an einer oder mehreren Drehzapfenverbindungen zwischen einem

. und einem anliegenden Lenker oder zwischen einem Lenker und dem Antriebs- oder Arbeitsteil besteht.

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9. Kupplung nach Anspruch 7 oder 8,_: dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente so angeordnet sind, daß die Drehzapfenverbindungen (J) der Lenker in gestreckter Linie liegen, wenn die Kupplung sich in Ruhestellung befindet oder wenn sie mit einer niedrigeren als der vorbestimmten Geschwindigkeit; rotiert, um eine Abweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung- zu verhindern.

to. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente ein durchgehendes nach der Seite flexibles Organ umfassen.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder Io, . dadurch gekennzeichnet, daß erste Anschläge (S, 54,66, 7o,72 ,) vorgesehen sind, die zum Anschlag. kommen, vrenn die Kupplung in Ruhe ist oder mit einer niedrigeren als der vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert, um dadurch eine Abweichung des Antriebsteiles gegenüber dem Arbeitsteil in Antriebsrichtung zu verhindern.

12. Kupplung' nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Anschläge (72,74) vorgesehen sind, die zum Anschlag kommen, wenn eine yorbestimmte Abweichung erreicht ist, um eine weitere Abweichung zwischen den Kupplungsteilen in Antriebsrichtung zu verhindern.

13. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anschläge (76) elastisch sind,

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