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Lamellenkupplung zur Uebertragung von Drehmomenten von einer Welle
auf eine in bezug auf dies neigbare und/oder verschiebbare andere Welle.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung zur Uebertragung
von Drehmomenten von einer Welle auf eine in bezug auf diese neigbare und/oder verschiebbare
andere Welle, mit mindestens zwei elastisch biegsamen, mindestens eine Lamelle aufweisenden
Lamellengliedern, von denen jedes an einem Ende an einem mit der einen Welle fest
verbundenen starren Teil und am anderen Ende an einem mit der anderen Welle fest
verbundenen' starren Teil, befestigt ist.
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Eine derartige, allseitig bewegliche Lamellenkupplung wird beispielsweise
bei Motorantrieben von Schienenfahrzeugen zwischen
Motorwelle und.
Triebachse verwendet, da sie der Triebachse die nötige Ausschlagbewegung gestattet.
Sie ist als Secheron-Lamellenkupplung bekannt und in der CH-PS 248 672 eingehend
beschrieben. Die Secheron-Lamellenkupplung besteht aus Stahllamellen, die auf vier
Seiten eines Quadrates angeordnet sind und mit zwei Mitnehmern fest verbunden sind,
von denen jeder auf einer der beiden Wellen starr befestigt ist. In Umfangsrichtung
sind die Lamellen starr, dagegen besitzen sie eine nicht unwesentliche Flexibilität
in der Querrichtung. Im Betrieb werden die Lamellen deformiert, in Abhängigkeit
von der Verschiebung und der Winkelverstellung der beiden Wellen. Dabei kommen drei
Beanspruchungsarten vor: Zugbeanspruchung infolge des zu ubertragenden Drehmomentes,
Biegungsbeanspruchung durch die Verlagerung der beiden Lamellengliedenden in zwei
verschiedene Ebenen und Verdrehungs beanspruchung entsprechend der Winkelverstellung
der beiden Wellen. Ausserdem wird durch die Befestigungsschrauben noch ein Druck
auf die Endflächen der Lamellen ausgeübt. Die grösste resultierende Beanspruchung
tritt an der Einspannstelle auf (siehe "Elektrische Fahrzeuge" von Dr.techn. Karl
Sachs, 1973 Springer-Verlag, Seite 433, 434).
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Aus Rationalisierungsgründen wurde die ursprüngliche geradlinige Form
der Lamellen später verlassen und eine lemniskatenähnliche Form gewählt, bei der
die resultierende Beanspruchung an der höchstbeanspruchten Einspannstelle geringer
ist. Jedoch zeigte der Verlauf der Kurven der resultierenden Beanspruchung, dass
trotz
des stark reduzierten Querschnittes in der Lamellenmitte die dortige Beanspruchung
immer noch kleiner ist als diejenige an der Einspannstelle. Die Einspannstelle ist
also die schwache Stelle" der Kupplung und setzt für diese in bezug auf den Flexibilitätsbereich,
das übertragbare Drehmoment und die Lebensdauer unnötige enge Grenzen. Mit anderen
Worten, die in der Lamellenkupplung steckenden Möglichkeiten sind bei weitem nicht
vollumfänglich ausgenutzt worden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die vorangehenden Nachteile der bekannten
Lamellenkupplung zu vermeiden und eine Lamellenkupplung der eingangs genannten Art
zu schaffen, welche durch einfache und billige Massnahmen eine wesentliche Verbesserung
im Verlauf der resultierenden Beanspruchungen über die Länge des Lamellengliedes
erzielt.
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Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Lamellenkupplung nach der Erfindung
dadurch gelöst, dass bei jeder Lamellengliedeinspannstelle Mittel vorgesehen sind,
zur Begrenzung der Krümmung des Lamell-engliedes und der aus dieser Krümmung resultierenden
Biegespannung, die infolge des zu übertragenden Drehmomentes und der relativen Stellungen
der Wellen in der Nähe der Einsapnnstelle auftreten.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht
auf eine Lamellenkupplung nach der bekannten Art; Fig. 2 eine Vorderansicht der
Lamellenkupplung nach Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt durch eine Lamellengliedeinspannstelle
einer starre Führungsorgane aufweisenden ersten Ausführungsform der Lamellenkupplung,
entlang der Linie III-III der Fig. 5; Fig. 4 eine Draufsicht auf die Lamellengliedeinspannstelle
nach der Fig. 3; Fig. 5 eine Draufsicht auf die Lamellengliedeinspannstelle nach
der Fig. 3 entlang der Linie V-V; Fig. 6 einen Schnitt durch eine Lamellengliedeinspannstelle
einer elastisch biegsame Führungsplatten aufweisenden' zweiten AusfUhrungsform der
Lamellenkupplung, entlang der Linie VI-V1der Fig. 7; Fig. 7 eine Draufsicht auf
die Lamellengliedeinspannstelle nach der Fig. 6; Fig. 8 einen Schnitt durch eine
Lamellengliedeinspannstelle einer elastisch zusammendrückbare Distanzstücke aufweisenden
dritten
Ausführungsform der Lamellenkupplung, entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 9; Fig.
9 eine Draufsicht auf die Lamellengliedeinspannstelle nach der Fig. 8; Fig*10 ein
Diagramm, welches berechnete Werte der Biegewechselspannungen im Lamellenglied darstellt
bei verschiedenen Arten von Lamellenführungen.
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In den Figuren sind gleiche Bestandteile durch gleiche Bezugsziffern
bezeichnet.
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Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Lamellenkupplung ist im weseitlichen
eine Secheron-Lamellenkupplung, die in der CH-PS 248672 eingehend beschrieben ist.
Die Lamellenglieder 3,3' bestehen aus je zwei Lamellen 4,4' und sind an den Einspannstellen
7 zwischen je zwei Pressscheiben 13 paarweise zusammengehalten. An jeder Einspannstelle
7 ist ferner das eine Ende des mit einer der Wellein 1,2 starr verbundenen Mitnehmers
5 bzw. 6 mit dem betreffenden Lamellengliedpaar starr verbunden, derart, dass das-eine
Ende jedes Lamellengliedes 3,3' mit dem mit der Welle.l-starr verbundenen Mitnehmer
5, und sein anderes Ende mit dem mit der Welle 2 starr verbundenen Mitnehmer 6 verbunden
ist. Die Anordnung erlaubt bekanntlich eine Neigung und Verschiebung der Wellen
1,2 in bezug gegeneinander.
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Die erfindungsgemässe Lamellenkupplung ist der in den Fig. 1 und 2
darge-stellten Lamellenkupplung ähnlich und unterscheidet sich.
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von dieser in der Art der Befestigung der Lamellenglieder 3,3'
an
ihren Einspannstellen 7.
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Bei der in den Fig. 3,4 und 5 dargestellten ersten Ausführungsform
der Lamellenkupplung sind die zwei an jeder Einspannstelle 7 zusammengehaltenen
Lamellenglieder 3,3' zwischen zwei starren Führungsorganen 8 gehalten, die auch
die Rolle der Pressscheiben 13 erfüllen können. Jedes Führungsorgan 8 weist einen
ersten Abschnitt 8' au, der sich von seiner Einspannstelle 7 in Längsrichtung eines
der Lamellenglieder 3, d.h. in Richtung auf dessen zweite Einspannstelle 7 hin,
und einen zweiten Abschnitt 8", der sich von derselben Einspannstelle 7 in Längsrichtung
des anderen, in Querrichtung verlaufenden Lamellengliedes 3', d.h.
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in Richtung auf dessen zweite Einspannstelle 7 hin erstreckt.
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Jeder der Abschnitte 8', 8" weist eine gekrümmte Führungsfläche 9
auf, die das Lamellenglied 3 bzw. 3' abstützt und-dessen Durchbiegung beschränkt
und der eine Krümmung aufweist, die einer vorbestimmten, nicht zu überschreitenden,
beispielsweise bei voller Belastung der Kupplung auftretenden Krümmung der Lamellenglieder
3,3' entspricht. Eine der Lamellen 4' des in Querrichtung verlaufenden Lamellengliedes
3' ist zwischen den Lamellen 4 des in Längsrichtung verlaufenden Lamellengliedes
3, und die andere zwischen dem Führungsorgan 8 und der oberen Lamelle 4 angeordnet.
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Die Lamellen 4' wei'sen Ansätze 11' auf, die sich in Längsrichtung
der Lamellen 4 erstrecken und als Zwischenstücke dienen, die im Belastungszustand
des Lamellengliedes 3 die Form der Führungsfläche 9 des Führungsorgans 8 annehmen
und diese auf die Lamellen 4 des Lamellengliedes 3 übertragen. Auf ähnliche' Weise
sind die Lamellen 4 mit sich in Längsrichtung der Lamellen 4' erstreckenden
Ansätzen
11 (nicht gezeigt) ausgestattet, die ihrerseits für die Lamellen 4' als Zwischenstücke
dienen.
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Bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsform'der
Lamellenkupplung sind anstelle der starren Führungsärgane 8 elastisch biegsame FiShrungsplatten
10 zur Abstützung der Lamellenglieder 3,3' und zur -Beschränkung ihrer Durchbiegung
vorgesehen. Die Führungsplatten 10 können separate Platten oder mit den Pressscheiben
13 aus einem Stück ausgebildet sein, und erfüllen im wesentlichen die Rolle der
starren Führungsorgane 8 der ersten Ausführungsform, d.h. sie beschränken die Durchbiegung
der Lamellenglieder 3,3' und sind geometrisch so gestaltet und dimensioniert, dass
bei einer vorbestimmten Belastung der Lamellenglieder 3,3' die gemeinsame Krümmung
von Lamellenglied und Führungsplatte 10 einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
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Die Lamellen 4 und 4' sind in bezug aufeinander ähnlich ange-ordnet
wie in der ersten Ausführungsform und sind auch in diesem Fall mit Ansätzen ll,
11' ausgestattet, die als Zwischenstücke für die benachbarten Lamellen dienen und
die Form der bei Belastung der Kupplung sich krümmenden Führungsplatten 10 auf die
Lamellen 3,3' übertragen. Die Führungsplatten 10 sind an ihren von der Einspannstelle
7 abgewandten Abschnitten 10', 10" verjüngt ausgebildet. Auf diese Weise wird erreicht,
dass die Krümmung der Lamellenglieder 3,3' mit der Krümmung der Führungsplatten
10 über deren ganze Länge übereinstimmt, und dass die Aenderung der Krümmung der
Lamellenglieder 3,3' an der Uebergangsstelle
zwischen der Führungsplatte
10 und dem betreffenden Lamellenglied eine allmähliche Aenderung.ist.
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Bei der in den Fig. 8 und 9 gezeigten dritten Ausführungsform der
Lamellenkupplung wird die Beschränkung der an der Einspannstelle 7 auftretenden
Krümmung und damit der Biegespannung so erreicht5 dass die Einspannung der Lamellen
4,4' als elastische Einspannung ausgebildet ist. Dies erfolgt mit Hilfe von zwischen
den einzelnen Lamellen 4,4' einerseits, und zwischen den Lamellen 4,4' und den Pressscheiben
13 anderseits J angeordneten elastisch zusammendrückbaren Distanzstücken 12, beispielsweise
aus Gummi, die bei Belastung der Kupplung nachgebenunddadurch die übermässige Krümmung,
die an der Einspannstelle sonst auftreten würde, vermeiden. Es werden also bei den
Einspannstellen ein in gewissem Masse freies Aufliegen" der Lamellen, eine herabgesetzte
Krümmung und niedrige Biegespannung erreicht. Durch Variierung der Dicke und/oder
der Elastizität der Distanzstücke, können maximale Krümmung und Biegespannung nach
Bedarf bemessen werden.
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4m Diagramm der Fig. 10 sind berechnete grösste Biegewechselspannungen
c-im Lamellenglied bei verschiedenen Arten von Lamellengliedführungen als Funktion
der auf das Lamellenglied einwirkenden Axialkraft P dargestellt. Es bezieht sich:
die Kurve 14 auf ein Lamellenglied ohne Führung (Fig. 1,2) die Kurve 15 auf eine
Führung mit elastischem Führungsorgankonstanter Breite (Fig. 6,7);
die
Kurve 16 auf eine starre Führung (Fig. 3,4,5); und die Kurve 17 auf eine Führung
mit elastischem, verjüngtem Führungsorgan (Fig. 6,7).
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Aus dem Diagramm geht hervor, dass unter den Bedingungen der Kurven
16 und 17 die maximalen Biegewechselspannungen im Lamellenglied bis auf die Hälfte
herabgesetzt werden können. Entsprechend kann eine Uebertragung von erheblich grösseren
Momenten und eine höhere Lebensdauer der Lamellenkupplung erreicht werden.
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Als wesentliche Vort,eile der Lamellenkupplung nach der Erfindung
gelten die folgenden Merkmale: a) die Einspannstelle ist jetzt nicht mehr die schwache
Stelle" der Lamellenkupplung und die maximalen Spannungen, die bei der Einspannstelle
auftreten, können nach Wunsch begrenzt werden; b) die für eine bestimmte Momentübertragung
notwendige Kupplung ist wesentlich kleiner als eine entsprechende bekannte Kupplung;
c) umgekehrt, eine Kupplung bestimmter Grösse kann viel grössere Momente übertragen
als eine bekannte Kupplung gleicher Grösse;
d) durch Wahl höherer
Sicherheitsfaktoren kann eine beträchtlich höhere Lebensdauer und eine grössere
Betriebssicherheit erreicht werden; e) die Konstruktion ist einfach und billig und
genügt den strengsten Anforderungen.