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Vorrichtung zum Übertragen von Drehmoment von ei-
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ner antreibenden Welle auf eine angetriebene Welle
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehmoment von
einer antreibenden Welle auf eine angetriebene Welle.
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Das Vermitteln von Drehmoment von einer antreibenden auf eine angetriebene
Welle wird bekanntlicherweise mit Hilfe von Kupplungen ausgeführt. Diese können
mechanische, hydraulische oder elektrische Kupplungen sein. Die mechanischen Kupplungen
können allgemein betrachtet folgendermassen gruppiert werden: feste Kupplungen,
bewegliche Kupplungen, elastische Kupplungen, Trennkupplungen und selbsttätige Kupplungen.
Die am üblichsten verwendete feste Kupplung ist die Flanschkupplung. Unter den beweglichen
Kupplungen wiederum sind am üblichsten die Zahn- Kugel-und die Gelenkkupplung oder
das Kardangelenk. Die elastische Kupplung ähnelt oft in ihrer Bauweise der festen
Flanschkupplung, aber die Schraubverbindung ist durch elastische Glieder, wie z.
B. Gummi-.
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manschetten ersetzt oder komplettiert worden.
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Als Trennkupplung benutzt man eine Klauenkupplung oder verschiedenartige
Reibungskupplungen. Die Klauenkupplung kann jedoch nur im Stillstand oder bei langsamer
Rotation eingeschaltet werden. Abschalten oder Trennen ist dagegen auch während
der Rotation möglich. Die Reibungskupplungen, die man auch im Laufen bedienen
kann,
stellen die größte Gruppe der Trennkupplungen dar. Die Momentübertragung erfolgt
mit Hilfe von Reibung.
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Beim Schalten und bei Überlast kann Schlupf eintreten, der Erwärmung
der Kupplung bewirkt. Unter den Reibungskupplungen am häufigsten verwendet ist die
Scheibenkupplung, die z.B. in Kraftwagen, in Verkzeugmaschinen, usw.
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Einsatz findet. Ein zweiter Reibungskupplungstyp ist die Konusbremse,
die als Industriekupplung und bisweilen auch in Fahrzeugen benutzt wird. Eine eigene
Gruppe hinsichtlich ihrer Bau weise bilden die Trommelkupplungen, bei denen die
Reibungstlache zylindrisch ist.
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Die selbsttätigen Kupplungen können eingeteilt werden in Anlasskupplungen,
Sicherheitskupplungen und Richtungskupplungen. Das zum Anfahren einer Maschine erforderliche
Drehmoment kann Je nach der Anfahrzeit ein Vielfaches des zum Aufrechterhalten der
Rotation benötigten Moments ausmachen. Es ist in der Regel nicht lohnend, die Kraftmaschine
und die leistungsübertragenden Elemente dieser höchsten Anfahrleistuq entsprechend
zu wählen, vielmehr ist es ai besten, eine Anlasskupplung zu verwenden, die es dem
antreibenden Motor ermöglichst, rasch auf seine höchste Drehzahl zu kommen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Übertragen von
Drehmoment
von einer antreibenden auf eine angetriebene Welle kann je nach dem Anwendungszweck
unter die Trennkupplungen, die elastischen Kupplungen oder auch die beweglichen
Kupplungen gruppiert werden. Zahlreiche zuvor bekannte mechanische Kupplungen, z.B.
Zahnkupplungen und Klauenkupplungen haben den Nachteil, dass sie nicht als stufenlose
Kupplung arbeiten können. Als stufenlose Kupplung arbeitet dagegen z.B. eine Flüssigkeitskupplung.
Die Flüssigkeitskupplung (hydraulische Kupplung) hat jedoch einen komplizierten
Bau und sie ist daher teuer. Ferner hat sie Abdichtungsschwierigkeiten als Nachteil.
Bei der Reibungskupplung, die eine sog. schlüpfende Kupplung ist, hat man wiederum
den Nachteil der Verschleisseigenschaften.
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Die Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehmoment
von einer antreibenden auf eine angetriebene Welle hervorzubringen, die als mechanische
stufenlose Kupplung arbeiten kann. Es ist auch ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung
zum Übertragen von Drehmoment von einer antreibenden auf eine angetriebene Welle
hervorzubringen, welche eine einfache Bauweise und einen günstigen Preis aufweist.
Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung hervorzubringen, die zuverlässig
im Betrieb ist und bei der keine nennenswerten Verschleißphänomen vorkommen. Noch
ein Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung hervorzubringen, die keine großen Forderungen
an die Herstellungstechnik stellt. Noch ein Ziel der Er-^^ S no
findung
ist, eine Vorrichtung hervorzubringen, die man je nach dem Anwendungszweck aus verschiedenen
Rohstoffen fertigen kann und deren Anwendungsbereich demgemäß außerordentlich ausgedehnt
ist.
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Die Ziele der Erfindung werden mittels einer Vorrichtung erreicht,
die in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung umfaßt: a)
einen innerhalb des Kupplungskörpers befindlichen Körper, der mit einer innenseitigen
Kupplungsfläche versehen ist, deren Zentrumlinie von der Zentrumlinie der antreibenden
Welle abweicht, und b) ein auf der antreibenden Welle sitzendes erstes Kupplungsglied,
welches zumindest, wenn der Kupplungskörper sich in Kupplungslage befindet, eine
Kupplung mit der innerhalb des Kupplungskörpers befindlichen innenseitigen Kupplungsfläche
herstellt, wobei die besagte Kupplung die Anschaltung des innerhalb des Kupplungskörpers
befindlichen Körpers an den Kupplungskörper bewirkt, und ein zweites Kupplungsglied,
welches bei Freilage des Kupplungskörpers eine Kupplung mit dem innerhalb des Kupplungskörpers
befindlichen Körper herstellt und welches Kupplungsglied bei Kupplungslage des Kupplungskörpers
von dem innerhalb des Kupplungskörpers liegenden Körper losgeschaltet ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen von Drehmor.ent
von einer antreibenden auf eine angetriebene Welle erzielt man zahlreiche Vorteile,
und zwar unter anderem die folgenden: - die Vorrichtung arbeitet als mechanische
stufenlose Kupplung, - die Vorrichtung hat eine einfache Bauweise, - die Vorrichtung
ist betriebssicher und nahezu verschleißfrei, - die Vorrichtung ist äußerst preiswert,
- der Anwendungsbereich der Vorrichtung ist möglichst ausgedehnt, - die Vorrichtung
kann je nach dem Anwendungszweck aus verschiedenen Rohstoffen gefertigt werden.
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Die Erfindung wird eingehend mit Hinweis auf eine in den Figuren der
beiliegenden Zeichnungen dargestellte günstige Aus führungs form der Erfindung beschrieben,
auf die die Erfindung jedoch nicht ausschließlich eingeschränkt werden soll.
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Fig. 1 stellt in schematischem Querschnitt eine AusfQhrungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in solcher Situation dar, in der das Drehmoment der
antreibenden Welle nicht auf die angetriebene Welle übertragen wird.
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Fig. 2 zeigt den Schnitt längs der Linie II-II in
Fig.
1.
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Fig. 3 zeigt den Schnitt längs der Linie II 1-111 in Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt die Vorrichtung der Fig. 1 in der Situation, in der das
Drehmoment der antreibenden Welle auf die angetriebene Welle Ubertragen wird.
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In der Ausführungsform der Fig. 1-4 ist die antreibende Welle mit
der Bezugsnummer 11 und die angetriebene Welle mit 12 bezeichnet worden. Die Zentrumlinie
der antreibenden Welle trägt die Bezeichnung 13. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst den Kupplungskörper 10, innerhalb dessen sich der Körper 14 befindet, der
in dieser Ausführungsforn ein exzentrischer Körper ist. Der Körper 14 ist mit der
innenseitigen Kupplungsfläche 15 versehen, deren Zentrumlinie 16 von der Zentrumlinie
13 der antreibenden Welle 11 abweicht. In dieser Ausführungsform besteht die innenseitige
Kupplungsfläche 15 aus einem inneren Zahnkranz. Der Spielraum zwischen dem gusserenUmfang
des unteren Teils 14a des innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14
und dem Innenumfang des Kupplungskörpers 10 ist günstig geringer als der Spielraum
zwischen dem Aussenumrang des oberen Teils 14b des Körpers 14 und dem Innenumfang
des Kupplungskörpers 10.
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Die antreibende Welle 11 trägt ein erstes Kupplungsglied 17, in diesem
Fall ein Zahnrad , und ein zweites Kupplungsglied 18, in dieser Ausführungsform
aus Kupplungszapfen 18 bestehend.
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Für die Kupplungszapfen 18 finden sich in dem innerhalb des Kupplungskörpers
10 liegende Körper 14 passende Aussparungen. Die Kupplungszapfen 18 stellen in der
Freilage des Kupplungskörpers 10 einen Kupplungsvorgang mit dem innerhalb des Kupplungskörpers
19 liegenden Körper 14 her, während sie vom Körper 14 freigeschaltet sind, wenn
sich der Kupplungskörper 10 in der Kupplungslage befindet. Hierzu besitzt der Kupplungskörper
10 eine Freinut 23.
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In dieser Ausführungsform stellt das erste Kupplungsglied 17 auf der
antreibenden Welle II stets einen Kupplungsvorgang mit der innenseitigen Kupplungsfläch'.
15 des innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14 her, und die besagte
Kupplung bewirkt bei Kupplungslage des Kupplungskörpers 10 die Ankupplung des innerhalb
des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14 an den Kupplungskörper 10. Um die Ankupplung
des innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14 an den Kupplungskörper
10 zu sichern, ist der Körper 14 neigbar.
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Hierbei muß der Spielraum zwischen der antreibenden
Welle
11 und dem inneren Umfang des Körpers 14 geeignet gewählt werden. In dieser Ausführungsform
ist das Neigen des Körpers 14 erzielt worden durch Plazieren an der oberen Flache
des Körpers 14 und entsprechendermaßen an dessen unterer Fläche der Kugeln 19 bzw.
der Kugeln 20 sowie durch geeignete Wahl der Zahnung des inneren Zahnkreises 15
und des Zahnrads 17.
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Um axiale Bewegung des Körpers 14 zu verhindern, ist auf dessen oberer
Endfläche ein Gleitring 21 und auf diesem ein geeigneter Sperring 22 aufgelegt worden.
Die angetriebene Welle 12 kann z.B.
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eine geeignete Zahnung 24 und entsprechendermaßen der Kupplungskörper
10 die Zahnung 25 tragen, wobei die angetriebene Welle 12 mit dem Kupplungskörper
12 festgeschlossen ist. Diese Festschliessung kann gegebenerweise auch auf andere
Weise bewerkstelligt werden.
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In der in Fig. 1 gezeigten Situation befindet sich der Kupplungskörper
10 in der Freilage, wobei das Drehmoment der antreibenden Welle 11 nicht auf die
angetrlebene Welle 12 übertragen wird.In dieser Situation stellen die Kupplungszapfen
18 auf der antreibenden Welle 11 einen Kupplungsvorgang mit dem Exzenterkörper 14
her, wobei im Falle der Rotation der antreibenden Welle 14 der Kxzenterkörper 14
indem
Kupplungskörper 10 rotiert.
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Wenn man den Kupplungskörper 10 in die Kupplungslage, d.h. in dieser
Ausführungsform nach oben bewegt, gelangen die Kupplungszapfen 18 in die Freinut
23, wobei die Kupplungszapfen 18 von dem innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegenden
Körper 14 abgeschaltet sind. Hierbei strebt das Zahnrad 17 auf der antreibenden
Welle 11, welches einen Kupplungsvorgang mit der inneren Zahnung 15 des innerhalb
des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14 herstellt, den innenseitigen Zahnkranz
15 um die Zentrumlinie 16 zu rotieren. Da sich diese angestrebte Rotation nicht
vollziehen kann, folgt hieraus, daß sich der innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegende
Körper 14 neigt, wobei der axiale Schnitt des Körpers 14 zu einer Ellipse wird.
Die Neigung des Körpers 14 hat zur Folge, daß der untere Teil 14a des Körpers 14
einen Kupplungsvorgang mit dem Kupplungskörper 10 herstellt.
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Hierbei rotiert somit der Kupplungskörper 10 mit der antreibenden
Welle mit, und da die angetriebene Welle 12 mit dem Kupplungskörper 10 festgeschlossen
ist, wird hierbei das Drehmoment der antreibenden Welle 11 auf die angetriebene
Welle 12 übertragen.
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Das wesentlichste Kennzeichen der Erfindung ist, daß der innerhalb
des Kupplungskörpers 10 liegende Körper 14 mit einer innenseitigen Kupplungsfläche
15 ausgestattet ist, deren Zentrumlinie 16 von der Zentrumlinie 13 der antreibenden
Welle 11 abweicht. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1-4 ist der Körper 14 als Exzenterkörper
dargestellt worden. Dies ist indessen nicht unerläßlich notwendig, und der Körper
14 kann auch ein symmetrischer Körper sein, der einen exzentrisch angebrachten inneren
Zahnkranz 15 trägt.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die innenseitige Kupplungsfläche
15 des innerhalb des Kupplungskörpers 10 liegenden Körpers 14 als Zahnung dargestellt
worden. Diese Zahnung muß nicht notwendigerweise ein innerer voller Zahnkranz sein,
sondern die besagte Innenverzahnung kann lediglich etwa 1/4 des durch die Kupplungsfläche
15 laufenden Kreisumfangs ausmachen, d.h. die Zahnung 15 muß nur soviel Zähne haben,
daß diese einen Kupplungsvorgang mit dem ersten Kupplungsglied 17 auf der antreibenden
Welle 11 bewerkstelligen. Gleiches gilt natUrlich
auch für das
Kupplungsglied 17, welches in der dargestellten Ausführungsform ebenfalls eine Zahnung
ist. Die Erfindung kann gegebenerweise statt mittels des Zahnkranzes 15 und des
Zahnrads 17 z.B. mittels einer Zahnstange oder Reibungsrädern und dergleichen, an
sich bekannten Maschinenelementen, ausgeführt werden. Die in der Ausführungsform
gemäß Fig. 1-4 gezeigten Spielräume können selbstverständlich Je nach dem Anwendungsfall
variieren. Das zweite Kupplungsglied 18 auf der antreibenden Welle 11 kann aus entweder
einem oder mehreren keilförmigen Kupplungszapfen bestehen. Als Kupplungsglied 18
kann gegebenerweise auch irgendein anderes an sich bekanntes Maschinenelement dienen.
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In gewissen Ausführungsformen stellen der Zahnkranz 15 und das Zahnrad
17 keinen Kupplungsvorgang her, wenn der Kupplungskörper 10 sich in der Freilage
befindet. Man muß dann eine geeignete Synchronisiervorrichtung verwenden, wenn man
den Zahnkranz 15 an das Zahnrad 17 anschalten will, um Drehmoment von der antreibenden
Welle 11 auf die angetriebene Welle 12 zu übertragen.
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Die Erfindung ist in keiner Weise kritisch in bezug auf die Festschliessung
der angetriebenen Welle 12 mit dem Kupplungskörper 10. Die Achsenrichtung der angetriebenen
Welle 12 kann von derjenigen der antreibenden Welle 11 abweichen. Der Kupplungskörper
10 kann auch in der Axialrichtung unbeweglich sein, wobei dann die antreibende Welle
11 eine solche Bauweise haben kann, das man sie in der Axialrichtung bewegen kann.
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Je nach der Höhe des zu übertragenden Drehmoments und dem Anwendungszweck
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man den Kupplungskörper 10, den innerhalb
desselben befindlichen Körper 14 sowie die Kupplungsfläche 15 und die Kuppluflgsglieder
17 und 18 aus Metall, z.B. aus Messing, Eisen, Stahl oder Kunststoff fertigen.
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Im obigen ist nur das Prinzip der Erfindung im Licht einer günstigen
Ausführungsform dargestellt worden. Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß die Einzelheiten
der Erfindung im Rahmen des in den Ansprüchen angegebenen Erfindungsgedankens variieren
können.