Diese und weitere, der folgenden Beschreibung deutlicher entnehmbaren
Ziele werden mit der erfindungsgelr.ässen Kardangelenkskupplung erreicht, welche
durch eine Antriebswelle und eine angetriebene Welle, zwei Antriebsgabeln, von denen
jede mit jeweils einer der Wellen fest verbunden und an einen Durchmesser eines
ihrer Ringe angelenkt ist, wobei die beiden Ringe konzentrisch sind und die Anlenkungen
untereinander auf einer diametralen Achse fluchten, wenn die beiden Wellen auf der
selben Geraden liegen; zwei diametrale Zapfen, welche die beiden konzentrischen
Ringe gelenkig untereinander verbinden und in einem Winkel von 450 zum Durchmesser
der Gabeln angeordnet; eine konzentrisch zu den Ringen angeordnete Hilfskardankupplung,
welche lose die beiden konvergierenden Wellen-verbindet, wobei das Gelenkkreuz der
Hilfskardankupplung auf einem konzentrischen und senkrecht zum Durchmesser der Anlenkungen
der Antriebsgabeln mit ein-em der Ringe verlauf enden Durchmesser angelenkt ist,
während die Gabel des lose auf der Welle angeordneten StUtzkardans, dessen Ring
nicht an das Gelenkkreuz angeschlossen ist, wenn sich die Wellen auf derselben Geraden
befinden, mit ihren Kreuzgelenken auf dem Durchmesser der Zapfen liegen, welche
die beiden Ringe verbinden, wobei alle Achsen der Gelenke im Zentrum konvergieren,
gekennzeichnet ist0 Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
schematischer Form zwecks Veranschaulichung der kinematischen Grundgedanken unter
Hinweis
auf beiliegende Zeichnung ether erläutert In der Zeichnung ist Fig. 1 eine Seitenansicht
einer erfindungsgemEssen Kupplung, wobei die Antriebsgabeln in die Zeichenebene
verlegt sind; Fig. 2 eine Ansicht teilweise im Schnitt entlang der Linie II"II der
Figo 1 und Figo 3 eine perspektivische Darstellung der fertigen Kupplung0 In der
Zeichnung ist mit 1 allgemein eine erfindungsgemässe Kupplung bezeichnet, 2 und
3 sind die beiden rotierenden Antriebswellen, die sich auch schräg zueinander anordnen
können, jedoch immer im Zentrum 0 des Systems konvergieren0 4 und 5 sind die beiden
Antriebsgabeln, von denen eine auf jeweils einer der Wellen befestigt isto Die Gabelzapfen
8 und 8' bilden die beiden Gelenke zwischen der Gabel 4 und dem Ring 6, wogegen
die Zapfen 9 und 9 die Gabel 5 mit dem Ring 6 verbinden0 Wenn die beiden Wellen
mit einer Geraden fluchten, so fluchten aus konstruktiven Gründen die Zapfen 8,
8' und 9 9' auf einem durch das Zentrum 0 hindurchgehenden Durchmesser0, Die beiden
Ringe sind weiters untereinander mittels Zapfen 10, 10' gelenkig verbunden, die
auf einem Durchmesser liegen, der ebenfalls durch das Zentrum 0, mit einem Winkel
von 450 mit der Achse der Zapfen 8, 8', hindurchgehtO In der Mitte der Kupplung
ist ein Pührungskreuz 11
für eine lose Hilfskardankupplung angeordnet,
welche das Zentrum des Systems bildet, Das Kreuz ist an dem Innenring 6 mittels
der Zapfen 12, 12' einer mit dem Kreuz selbst fest verbundenen Stange angelenkt.
Die Achse der Zapfen 12, 12' ist ein zentraler Durchmesser, der in einem Winkelvon
90° zum Durchmesser, auf dem sich die Zapfen 8, 8' des Ringes befinden, liegt, An
das Kreuz sind mittels der Gewindezapfen 13 zwei Gabeln 14 und 15 angeschlossen,
die lose am Ende der Welle 2 bzwo 3 montiert sind0 Die beiden Gabeln sind wie bei
jedem Kardangelenk auf untereinander um 900 im Abstand liegenden Achsen angelenkt,
wobei die Achse des Gelenkes der Gabel 15 mit der Achse der Zapfen .10, 10' in der
in der Zeichnung gezeigten fluchtenden Stellung der Kupplung zusammenfälltO Nach
der Beschreibung der konstruktiven Merkmale werden nun die Funktionsweise der Kupplung
gemäss der Erfindung und die Art und Weise, wie die Vorteile erhalten werden und
wodurch sich die Kupplung von bekannten Ausführungen unterscheide-t, erläutert.
Eine erschöpfende Theorie über die beschriebene Doppelkardangelenkkupplung würde
zu einer zu umfangreichen Abhandlung führen, die nicht einmal für die interessiertesten
Techniker leicht fassbar wäre. Es wird daher in der Folge versucht, eine elementare
und schematische, aber auch korrekte Erläuterung der erzielten Ergebnisse zum Verstandnis
der Erfi?idung zu geben, ohne jedoch die Erfindung auf diese Interpretation zu
beschränken,
Es soll zuerst die vereinfachte Vorrichtung, gebildet durch die zwei Wellen, die
beiden Ringe und die betreffenden Gabeln, die wie in der Zeichnung dargestellt miteinander
verbunden sind, betrachtet werden, ohne vorerst die besondere Anordnung der Zapfen
10, 10' zu berücksichtigen0 Es ist erkennbar, dass dies die Grenze ist, zu welcher
eine Doppelkardangelenkverbindung gelangt, wenn man die Zwischenwelle weglässt.
Die beiden Ringe sind zwei Kreuzen äquivalent, mit dem Vorteil, dass sie sich konzentrisch
anordnen könnens Die Verbindung durch ein diametral es Gelenk zwischen den Ringen
ist für die Bildung der Kupplung unzureichend, welche eine noch übermässige Bewegungsfreiheit
besitzt und so wie sie ist, kann sie kein Drehmoment von einer Welle auf die andere
re übertragen0 Es handelt sich nun darum, die Verbindungen so zu schaffen, wie sie
im bekannten homokinetischen Doppelkardangelenk sind, von dem sich die hier erläuterte
Anordnung ableitet, Wenn man nun schrittweise vorgeht, so ist zuerst zu vermerken,
dass die beiden Ringe nicht in der Lage sind, ein Drehmoment von einen Ring zum
anderen zu übertragen, da beide um die Anlenkung an der eigenen Gabel drehbar sind0
Es muss wenigstens (und nur) einer mit einer anderen Achse verriegelt werden, die
durch das Zentrum der Kupplung geht. Man betrachte beispielsweise den Ring 6o Um
die für zwei Kardane idealen Bedingungen zu reduzie>Un
ersieht
man sofort-, dass es notwendig ist und genügt, manmaneine diametrale Achse dieses
Ringes um 900 mit der Achse der Zapfgelenke 8, 8 verriegelt, doho es genügt, mit
einer Stange, in der Zeichnung die Stange der Zapfen 12, 12', mit dem Kreuz 11 eine
Verbindung herzustellen, Man sieht, dass auf diese Weise das Kreuz 11 in der erfindungsgemässen
Kupplung eine kinematische Rolle analog jener, wie sie von der Zwischenwelle beim
idealen Zweikardanantrieb ausgeübt wird, spielt. Weiter in der Analogie mit der
idealen Doppelkupplung fortfahrend, muss bei den beiden mit dem Kreuz verriegelten
losen Gabeln jede der Achsen der Gelenke (in der Zeichnung 13) im Winkel von 450,
in symmetrischer Lage in der Ebene des Kreuzes selbst, in bezug auf die Stange oder
den Querteil 12, 12' verlaufen Es ist nunmehr nur noch die Lage der Achse der Zapfen
10, 10' zu definieren, auf die früher absichtlich nicht näher eingegangen wurde.
Eine Untersuchung der Projektion der Geometrie des erfindungsgemässen Kupplungsgelenkes
auf die .konzentrische darstellende Kugel, die nicht erläutert wird, weil sie als
Analysenmethode an sich bekannt ist, zeigt das Vorhandensein einer vollkommenen
Symmetrie und eine homokinetische Ubertragung der Bewegung wenn, und nur dann, die
Achse der Zapfen auf einem Ringdurchmesser liegt, der mit der liametralachse der
Gelenke 8 8 einen Winkel von450 bildet, und zwar, wenn wie in Fig. 2 die Achse der
Zapfen 10, 10' mit der Achse der Gewindezapfen 13, 13 der Gabel 15 auf dem Kreuz
11 zusammenfällt, welche Achse die Eigenschaft hat, dass sie inmer in vollkommener
oder
fast vollkommener Weise in der Symmetrieebene des Systems liegt0 Natürlich könnten
die auf induktivem V[eg angestellten Überlegungen über die mechanischen Brfordernisse
und SIöglichkeiten auch voll inhaltlich auf deduktivem und geometrischem Weg an
der Kugelprojektion angestellt werden, die sich jeder Fachmann selbst konstruieren
kann0 Es werden nun Beispiele und Ergebnisse angeführt0 Zur Kontrolle der in der
Praxis erzielbaren Ergebnisse unter Berücksichtigung der erforderlichen theoretischen
Annäherungen, jedoch insbesondere der Ungenauigkeiten der mechanischen Bearbeitungen
und der Montage, wurde eine Kupplung mit einem Aussendurchmesser des grösseren Ringes
von etwa 100 mm und den anderen Abmessungen im wesentl.ichen in den der Zeichnung
entnehmbaren VerhE.ltnissen mit Bearbeitungentoleranzen gleich den normalen Erzeugungstoleranzen
für Industriekupplungen, beispielsweise fUr Erdbewegungsmaschinen u.dgl0, konstruiert0
An einer solchen Kupplung wurde auf Grund der möglichen durchschnittlichen Fehler
die zu erwartende Phasenwinkelabweichung zwischen den beiden Wellen der Kupplungwährend
einer Umdrehung für verschiedene Neigungen errechnet, Dieselbe Kupplung wurde sodann
im Laboratorium Kontrollmessungen unterzogen. In der folgenden Tabelle sind die
in einem Zyklus festgestellten maximalen Abweichungen angegeben, die bekanntlich
einen grob sinusförmigen zyklischen Verlauf besitzen
Zum Vergleich
sind die Werte angegeben, welche mit einer einfachen Kardankupplung mit einer Bewegungsübertragung
mit zwei symmetrischen Kardangelenken in idealen KomplanaritStsbedingungen erhalten
wurden, Der Winkel zwischen den beiden äusseren Wellen des Triebes betrug in allen
Fällen 35Oo Prüfung Max. Abweichungswinkel berechnet im Versuch 1) Erfindungsgemässe
+ 0, 64 Grad + 0,50 Grad Kupplung - 0,60 " - 0455 2) Übertragung mit zwei --- +
0,52 Grad Kardankupplungen - 0,51 " 3) Kardankupplung etwa 7 etwa 7 ¼ Auf Grund
der praktischen Gleichheit der merklichen Abweichungen der erfindungsgemdssen Kupplung
und der Übertragung mit den idealen zwei Kupplungen kann man behaupten, dass erstere
auf Bearbeitungstoleranzen zurückzuführen sind und noch weiter herabgesetzt werden
können, dass sie aber immer noch innerhalb annehmbarer und äusserst wünschenswerter
Bereiche liegen, wobei die geringe Phasenverschiebung vollständig durch die Elastizität
der Wellen selbst, wenn diese genügend lang sind, oder durch eine einfache axiale
elastische Kupplung aufgenommen werden kann0 Ausser den erwähnten Vorteilen ist
noch hervorzuheben, dass
während mit zwei symmetrischen Kardankupplungen
zur Erreihung der idealen Bedingungen die Ablenkungen der drei Wellen immer in derselben
Ausgangsebene liegen müssen, bei der neuen Kupplung sich eine Welle in bezug auf
die andere innerhalb eines Kegels um jeden beliebigen Winkel schrägstellen kann,
der nur durch die mechanischen Ubermassbehinderungen, die gleich denen eines normalen
Kardans sind, begrenzt ist. Weiters sind keine freien Axialverschiebungen erforderlich0
An der beschriebenen schematischen Konstruktion können alle jene zeichnerischen
und anordnungsmässigen Änderungen vorgenommen werden, die erforderlich sind, um
sie an die verschiedenen Betriebserfordernisse anzupassen. Aus der Erläuterung der
Grundgedanken ist jedoch erkennbar, dass auch andere äquivalente Lösungen möglich
sind, die jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen0 So kann beispielsweise
das Hilfskardangelenk mit den losen Gabeln 14 und 15 statt innerhalb des Ringes
6 auch ausserhalb des Ringes 7 angeordnet werden oder das Kreuz 11 in Form eines
grbsseren konzentrischen Ringes ausgebildet sein, In.diesem Fall könnte das Kreuz
oder der Aussenring bequerner an den Ring 7 mittels des Querstückes 12, 12' angelenkt
werden, wonach sich die vorher angestellten Überlegungen über die Symmetrien wiederholen
würden, um in analoger Weise alle bereits angegebenen Parameter zu ermitteln0 Ausserdem
ist die Winkelstellung der diametralen Achsen, z0B0 jene, die mit 450 angegeben
ist, nicht im engeren Sinn zu betrachten, da immer kleine Abweichungen zulässig
sind0