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Selbsttätige Kupplung. Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen
an Kupplungsvorrichtungen für umlaufende Teile, und. zwar im besonderen auf eine
selbsttätige Ktippkingsvorrichtung zwischen dem getriebenen und dem treibenden Teil,
sobald die Geschwindigkeit des treiben-. den Teiles eine gewisse Höhe erreicht,
wobei das die Mitnahme bewirkende Kräftepaar, welches auf den getriebenen Teil wirkt,
selbsttätig verändert wird in Abhängigkeit vom Unterschied der Drehgeschwindigkeiten
der beiden umlaufenden Teile, und einen konstanten Wert nur dann annimmt, wenn der
getriebene Teil mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie der treibende Teil.
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Nach der Erfindung wird die Einkupphing mittels eingeschalteter Schwunggewichte
erzielt, die zur Drehachse der innlaufenden Teile exzentrisch gelagert und mit ihnen
durch solche Verbindungen verbunden sind, daß einer der umlaufenden Teile gegenüber
dem anderen eine vollständige Umdrehung ausführen kann.
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Wenn der getriebene Maschinenteil stillsteht, kann also der treibende
Teil in Umlauf -sein und eine gewisse Geschwindigkeit gewinnen. Solange der getriebene
Teil nicht mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie der treibende Teil, zwingen
die Verbindungen der Schwungmassen mit diesen beiden Teilen diese Schwung-massen
Schwingungen gegenüber den umlaufenden Teilen auszuführen, während sie gleichzeitig
bei dem Umlauf der gedrehten Teile mitgenommen werden. Infolge ihres Beharrungsvermögens
erzeugen die Schwungmassen Kräfte, welche sich ihren wechselnden Geschwindigkeitsänderungen
widersetzen, wodurch der getriebene Maschinenteil gezwungen wird, mit der gleichen
Geschwindigkeit umzulaufen wie der treibende Teil. Die Resultierende dieser Beharrungskräfte
ändert sich während jedes Umlaufs, relativ zit den beiden Maschinenteilen derart,
daß das, übertragene Kräftepaar periodisch wirkt; dieses Kräftepaar wird erst dann
konstant, wenn die exzentrisch gelagerten Schwungmassen nicht mehr in Schwingung
sind, d. h,. wenn der getriebene Teil mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie
der treibende Teil. Die Übertragung der Drehung auf den getriebenen Teil wird also
in selbsttätiger und progressiver Weise durch stoßweise Antriebe bewirkt.
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Die Bezeichnung Schwingungen ist hier in ganz allgemeiner Deutung
zu fassen, bezieht sich also auf die Bewegung eines Punktes, dessen Geschwindigkeit
wechselnde Änderungen erfährt; diese Bewegung kann also ebensogut auf einer geraden
Linie wie auf einem Kreisbogen oder einem geschlossenen Kreis oder irgendeiner anderen
Kurve erfolgen.
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Einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
dargestellt;
es zeigen Abb. a und 2 die eine Ausführungsform in Schnitten nach I-I und II-II
in Abb.3. Abb.3 im Schnitt nach 111-III in Abb. i, Abh.4 eine zweite Ausführungsform
im Schnitt nach IV-IV in Abb. 5, Abb.5 einen Schnitt nach V-V in Abb. a. bei einer
anderen Stellung dieser Ausführungsform, Abb. 6 im Schnitt eine dritte Ausführungsform,
Abb. 7 im Schnitt die gleiche Ausführungsform in einer anderen Stellung der Teile,
Abb.8 im Schnitt eine vierte Ausführungsform, Abb.9 einen teilweisen Schnitt nach
9-g in Abb. 8, Abb. 1o einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform in :der einen,
Abb. i i in der anderen Stelliung; Abb.12 einen teilweisen Schnitt durch eine sechste
Ausführungsform--, Abb. 13 einen teilweisen Schnitt nach 13-z3 in Abb. 12, Abb.
14 eine siebente Ausführungsform in schematischer Darstellung, Abb. 15 bis i9 Schnitte
durch fünf andere abgeänderte Ausführungsformen.
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In Abb. i bis 3 ist ein treibender Maschinenteil a in Form einer zylindrischem
Trommel angeordnet, welche zwei einander entgegengesetzte Drehzapfen ai trägt. Der
getriebene Teil b hat die Form einer Kurbelwelle mit zwei entgegengesetzt angeordneten
Drehzapfen d', wobei die Teile a und b die gleiche Drehachse o, o besitzen.
Im Innern der Trommel a sind zwei Schwunggewichte c in Form von Kreisbogenstücken
angeordnet. Jede dieser Masse ist nahe ihrer Spitze auf einem drehbaren Zapfen ai
angelenkt; sie besitzt eine mittlere Nut c', in welcher ein Gleitstück d gleitet,
das auf den zugehörigen Drehzapfen d' aufgesetzt ist. Die Länge der Nut cl ist derart
bemessen, daß, wenn einer der Teile a und b eine relative Verdrehung
erfährt, wobei beispielsweise der Teil a feststehen kann, das Gleitstück in der
Gleitbahn gleitet, während gleichzeitig das Schwunggewicht c um den. Drehzapfen
ai schwingt. Die Bahn des Gleitstückes ist hierbei gleich dem Durchmesser des Kreises,
der von, dem Zapfen bi zurückgelegt wird, derart, daß der Teil b gegenüber denn
Teil a eine vollkommene Umdrehung zurücklegen kann. Umgekehrt känn natürlich auch
der Teil b festgehalten werden und der Teil a eine vollständige Umdrehung machen.
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Unter dem Einfluß der Beharrungskräfte und insonderheit ihrer radialen:
Komponente haben die Massen,c, _ wenn sie beine Umlauf des Teiles a mitgenommen
werden, das Bestreben, nach außen zu schwingen, derart, daß sie einen Widerstand
ausüben, wenn sie durch ihre Verbindung mit b gezwungen werden, nach innen zu schwingen.
Sie üben also auf den Teil b einen Antrieb aus, der ihn im Sinne der Umdrehung des
Teiles a mitzunehmen strebt, Überdies hat die tangentiale Komponente der Trägheitskräfte
auch das Bestreben, periodisch den getriebenen Teil bei der Umdrehung des treibenden
Teiles mitzunehmen. Diese Antriebe wiederholen sich bei jedem vollen Umlauf des
Teiles a relativ zu dem Teil b. Nach. Maßgabe der Mitnahme des Teiles b und der
Annäherung seiner Umlaufgeschwindigkeit an die des Teiles a verringert sich die
absolute Frequenz dieser Antriebe, und wenn der Teil b die gleiche Geschwindigkeit
angenommen hat wie der Teil a, hören die Schwingungen der Schwungmasse c relativ
zu den Teilen a und b auf, und sie nehmen eine Gleichgewichtsstellung unter
den Einfluß der Kräfte ein, welche durch die Zapfen a", bi und durch die Zentrifugalkraft
ausgeübt werden. Das übertragene Kräftepaar ist also nunmehr konstant geworden,
statt wie während der Anlaßperiode oder während des Abbremsens o. dgl, variabel
und periodisch infolge der relativen Drehung zwischen den Teilen a und b.
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Bei dieser Ausführungsform ist ein Schwungrad e auf der treibenden
Welle ei angeordnet, und zwischen die an den Teilen e und a befestigten Mitnehmer
ei und a' sind elastische Polster f eingefügt, um den getriebenen Teil elastisch.
mitzunehmen und die Reaktionen zu dämpfen, welche auf den Motor während der Übermittlung
des Antriebes durch die stoßweisen Antriebe ausgeübt werden.
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Ein Schwungrad g ist überdies auf der getriebenen Welle b aufgekeilt,
um seine Umlaufgeschwindigkeit zu regeln.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb.4 und 5 hat der treibende Teil ebenfalls
die Form einer Trommel und der Teil. b die einer Kurbelwelle: die Schwungmassen
c haben die Form einer zylindrischen Stange mit einem schweren Kopf c' am einen
und einem Auge cam anderen Ende, welches zur Anlenkung an die Zapfen bi dient. Die
Stange des Teiles c gleitet in einer Führungsmuffe ha, welche in einem Lagerstück
a3 des Teiles a drehbar gelagert ist. Diese Lagerstücke a3 sind gleichwertig den
Drehzapfen & des vorigen Ausführungsbeispiels.
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Die Länge der Stangen c muß genügend groß sein, damit die Bahn der
Gleitmuffe h auf diesen Stangen gleich dem Durchmesser des von, den Zapfen di beschriebenen
Kreises ist, wodurch der Teil b volle Umdrehungen relativ zum Teil a oder umgekehrt
machen kann. Die Mitnahme durch stoßweise Antriebe erfolgt wie bei dem: vorigen
Ausführungsbeispiel.
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Bei der Ausführungsform nach Abb_ 6 und 7 ist jeder bogenstückförmige
Schwungteil c bei- cl an einen Drehzapfen bi des Teiles
b angelenkt,
der die Form einer Kurbelwelle besitzt und durch eine Stange d' mit dein Zapfen
a1 des Teiles a verbunden ist; die Stange ist bei cx an dem Teil c angelenkt. Die
Wirkungsweise ist die gleiche wie beim vorigen Ausführungsbeispiel.
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Bei der in Abb, f1 gezeigten Ausführungsform besitzt jede Schwung-iuasse
c die Form einer Scheibe und ist bei c3 auf dem Zapfen d' angelenkt und mit dem
Teil a durch ein auf dem Zapfen al angelenktes Gleitstück d verbunden; es gleitet
in. einer radial gerichteten Nut c' des Schwunggewichtes. Die Wirkungsweise ist
die gleiche wie bei den vorigen Ausführungsformen.
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Die Drellzapfen a1 können auf dem Teil a derart befestigt sein, daß
man ihren Abstand von der Drehachse o, o nach Erfordernis ändern kann. Zu diesem
Zweck (Abb-.9) kann jeder Drehzapfen a1 in einer Nut a-1 des Teiles a gleiten -Lind
in jeder erforderlichen Stellung durch eine Schraubstange i festgehalten werden,
welche in eine an dem Teil a1 befestigte Mutter a5 eingreift. Ein Ende dieser Stange
ist drehbar in einem Lagerstück ae des Teiles a gelagert.
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Die Größe der auf den Teil 1) durch die Schwungmassen c unter dem
Einfluß -der Zentrifugalkraft und ihrer Relativbewegung zu den Teilen a und b ausgeübten
Antriebe hängt außer anderen Faktoren von dem Abstand ihres Schwerpunktes von der
Achse des zugehörigen Zapfens b1 ab. Dieser Abstand kann nach Bedarf gewählt werden.
In manchen Fällen kann er gleich Null sein. Er kann unveränderlich bleiben oder
nach Bedarf selbsttätig oder durch irgendwelche geeignete Mittel geändert werden.
Beispielsweise kann er sich selbsttätig ändern unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
selbst, wie sich aus Abb. io und ii ergibt, wo jeder Schwungmasse c eine zusätzliche
Schwungmasse c4 zugefügt wird, die daran durch eine Feder c1 befestigt ist; wenn
das System c, cl, c5 in Ruhe ist, besitzt sein Schwerpunkt einen gewissen Abstand
von der Achse des zugehörigen Drehpunktes. Wenn es in Bewegung ist, entfernt sich
die Masse c unter Spannung der Feder c3, . und der Schwerpunkt des Systems entfernt
sich von dem Drehzapfen b'.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 12, und 13 besitzt jede
Schwungmasse c eine zylindrische oder prismatische Form und ist an den zugehörigen
Zapfen b1 angelenkt. Anderseits gleitet ihre Stange in einer an dem Teil a befestigten
Gleitbahn la. Diese Anordnung unterscheidet sich von der nach Abb. d. und 5 dadurch,
daß die zusätzliche Schwungmasse cl bei den Bewegungen- der Massen c mitgenommen
wird; diese Masse wird von einem Zapfen J geführt, welcher in einer Ringnut a' des
Teiles a gleitet und auf dem Teil c verschiebbar ist. Es ergibt sich, rlaß die Wirkungen
des Beharrungsvermögens der Masse co sich mit denen der Schwungmasse c vereinigen,
und daß sie sich nach den verschiedenen Stellungen der Teile a und b verändern.
Die Form der Gleitbahn a'r kann von einem Kreisbogen abweichen. Die zusätzliche
Schwungmasse kann mit dem Teil c durch irgendeine geeignete Führung verbunden sein,
beispielsweise durch eine Stange statt einer Gleitbahn, wie es sich aus der Zeichnung
ohne weiteres ergibt.
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In Abb. 1d. sind mehrere Schwungmassen c gezeigt, welche an den gleichen
Zapfen b1 des Teiles b angelenkt sind, beispielsweise durch eine Nabe j, die frei
auf den Zapfen aufgesetzt ist; alle Teile c, die so an den Zapfen b angehängt sind,
sind mit einer der Seiten des Teiles a verbunden, beispielsweise durch Führungsmuffen
h., welche an dieser Seite drehbar gelagert sind; -die an den anderen Zapfen dl
angeienkten Schwungmassen sind in der gleichenWeise mit der anderen Seite des Teiles
a verbunden. Infolge dieser Vervielfachung der Schwunggiiiassen c sind die Antriebsstöße
infolge der Drehung des Teiles a zahlreicher und können deshalb im einzelnen weniger
kräftig sein.
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In Abb. 15 ist eine Ausführungsform gezeigt, welche sich von der gemäß
Abb. 6 und i dadurch unterscheidet, daß der Teil c auf einen Zapfen a1 des Teiles
a (statt auf einen Zapfen b1) aufgesetzt ist und durch eine Stange dil mit einem
Zapfen b1 des Teiles b
(statt einem Zapfen a1) verbunden ist. Diese Iimkehrung
ändert nichts an der Wirkungsweise. Überdies ist die Schwungmasse c mit einem Schwanz
cg versehen, welcher an einer geeigneten Stelle mit dem Teil a durch eine Feder
1, verbunden ist, welche das Bestreben hat, die Massen c nach außen zu s:hwiligen
und ihren Schwerpunkt von der Drehachse o, o zu entfernen. Die Wirkung der Feder
k,
sualiniert sich also stetig mit der der Zentrifugal_kraft.
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Bei den bisher behandelten Ausführungsformen besitzen die Scliwunginassen
c eine pendelnde Bewegung von wechselnder Richtung, weil ihre Verbindungen ihnen
nicht gestatten, einen vollkommenen Unilauf um ihre Schwingungsachse zurückzulegen.
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Inn Gegensatz hierzu zeigt Abb. 16 eine Ausführungsform, bei welcher
die Abstände der Achsen a1, o, b1, cx derart gewählt sind, daß für jeden vollständigen
Umlauf des Teiles a um die Achse o relativ zu o. 1)1, di.-Achse cx einen vollständigen
Umlauf um den Teil ai machen kann; statt einer hin und her s--liwingenden Bewegung
legt also der Teil c eine geschlossene Kreisbahn zurück; es ist
aber
wichtig, daß hier die Geschwindigkeit zier fortlaufenden Bewegung wechselweise ansteigt
und abfällt, so daß sich Wirkungen der Trägheit ergeben wie bei allen schwingenden
Bewegungen im allgemeinen, welche dazu verwendet werden, den Teil b zu zwingen,
mit der gleichen Geschwindigkeit umzulaufen wie der Teil a.
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In Abb. 17 und 18 ist eine von der Ausführungsform nach Abb.8 abgeleitete
Ausführungsform gezeigt. Der bewegliche Teil c besitzt hier keine Gleitbahn und
ist nicht mit einem am Teil a1 schwingenden Gleitstück verbunden, sondern bildet
selbst ein Gleitstück und gleitet in einer Nut d2 an dem Teil a; sie ist durch eine
Stange las mit einem zugehörigen Zapfen b1 des Teiles b verbunden. Diese Abänderung
bringt keine Änderung der Wirkungsweise. Die Stange lal kann starr (Abb.
17) oder elastisch (Abb. 18) sein, Abb. ic) zeigt eine Ausführungsform, bei
welcher der Teil a kreisförmig ist und zwei Zapfen trägt, auf welche frei und exzentrisch
zwei Schwunggewichte c aufgesetzt sind. Der getriebene Teil b besteht in einer geraden
Welle. Die Verbindung der Teile c mit dieser Achse erfolgt durch elliptische Zahnräder
m und za, wobei die Räder in an den Teilen c befestigt, das Rad n auf die Welle
d aufgekeilt ist und mit den Rädern ma in Eingriff steht. Durch dieses Mittel bewirkt
jede Drehung des Teiles a relativ zu b eine Abrollung der Räder in auf dem Rad i-a
und infolgedessen eine Drehung der Teile c um die Zapfen ca mit einer abwechselnd
steigenden und fallenden Geschwindigkeit, woraus sich stoßweise Antriebe ergeben,
welche den Teil b mitzunehmen streben; die Antriebe sind hierbei um so viel zahlreicher,
als der Gesch,-,vindigkeitsunterschied zwischen a und b größer wird, und um so stärker,
je schwerer die Massen c gemacht, je mehr sie exzentrisch gelagert sind und je schneller
sie umlaufen.
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Es ist wohl zu verstehen, daß die verschiedenen gezeigten Aüsführungsformen
nur 712ispiele darstellen, und daß der Erfindungsgeclanke mit allen bekannten ähnlichen
Mitteln zur Ausführung gebracht werden kann.
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Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß bei allen Ausführungsformen
die Teil-, a und b
die gleiche Umdrehungsachse o, o besitzen. Indessen
würde die Wirkungsweise nicht wesentlich geändert werden, wenn die Umlaufachsen
von ca und b parallel und in einigem Abstand voneinander oder wenn sie in einem
geringen Winkel zueinander an-,geordnet wären. Es würde sich hieraus nur 11 ergeben,
daß, wenn der Teil b sich mit der gleichen Umlaufszalil dreht wie der Teil a, das
übertragne Kräftepaar ein wenig variabel wird, anstatt völlig konstant zu sein.
Nötigenfalls können Verzahnungen verwendet werden, um, den Teil a vom, Motor aus
anzutreiben, um seine Umlaufgeschwindigkeit zu erhöhen; desgleichen können Vorgelege
verwendet werden, um die Bewegung des Teiles b auf eine getriebene Welle zu übertragen,
um die Geschwifidigkeit dieses Teiles zu verringern und infolgedessen eine größere
Zahl von Antrieben für jeden Umlauf der getriebenen Welle zu erzielen; endlich kann
man, um große Kräfte zu übertragen, gleichzeitig mehrere derartige Vorrichtungen
verwenden., welche von einer gleichen Motorwelle bewegt werden und der getriebenen
Welle entweder gleichzeitig oder vorzugsweise abwechselnd Antriebe zu übermitteln.