DE508374C - Selbsttaetige Kupplung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 508374 KLASSE 47c GRUPPE

. Karl Obermoser in Baden-Baden Selbsttätige Kupplung

Zusatz zum Patent 380277*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Juli 1924 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 12. Juni 1921.

Es ist Gegenstand der Erfindung, die mittels Massenstoßes gesteuerte, selbsttätige Kupplung in einer möglichst einfachen und doch den praktischen Erfordernissen weitgehendst Rechnung tragenden Anordnung auszugestalten. Sie wird an Hand der Abb. 1, 2 und 3 der Zeichnung erläutert, welche insbesondere eine in die äußere Form einer Riemenscheibe gebrachte Kupplung veranschaulichen, wie sie beispielsweise für den Anlaßvorgang mehrstufig eingeschalteter Kurzschlußankermotoren, ferner für Synchronmotoren usw. praktisch Verwendung finden soll. Die Abb. 1 stellt einen ganzen und teilweisen Schnitt in einer Ebene durch die Rotationsachse der Kupplung und die Abb. 2 einen dazu senkrecht verlaufenden Schnitt vor. Die Abb. 3, die gleichfalls eine Darstellung in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Pro-

ao jektionsebene liefert, erläutert verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten.

Zu beiden Seiten der zylindrischen Außenfläche einer auf die Welle des antreibenden Motors aufgekeilt zu denkenden Hülse M

as sind die beiden Flansche F₁ und F₂ aufgeschoben und nach Art einer Leerscheibe lose drehbar gelagert. Der Flansch F₁ bildet dabei an seinem Außenumfange einen Riemenscheibenkranz R, in dessen Bohrung der Flansch F₂ von der Seite her eingeschoben und befestigt ist. Die beiden Naben der Flansche F₁ und F₂ finden beiderseitig an besonderen Anlaufbunden S₁ und S₂, welche an einer in der Mittelebene von M hervortretenden Scheibe 5" abgesetzt sind, ihren Anschlag gegenüber axialer Verschiebung. In dem Hohlraum, den die Flanschen F₁ und F₂ mit dem Kranze R als der anzutreibenden Kupplungshälfte bilden, sind nun über und seitwärts einer ringförmigen Verbreiterung S_x, welche die Scheibe S des antreibenden Teiles M am Umfange bildet, zwei diametral gegenüberliegende Reibkörper K aufgesetzt, die den kuppelnden Eingriff zwischen den beiden Kupplungshälften hervorzubringen haben. Diese Reibkörper K bilden zusammen annähernd einen Hohlzylinder, in dem der Scheibenkranz S₃ und die an diesem angeordneten Teile angeordnet sind, und der in einer durch die Kupplungsachse gehenden Ebene bei T so aufgeschnitten wurde, daß zwei Teile entstanden, die unter sich symmetrisch in bezug auf die Trennungsebene sind. An der zylindrischen Innenfläche der so gebildeten Reibkörper K sind besondere Buchsen B mittels der Schrauben B₁ befestigt, welche eben-

*) Frühere Zusatzpatente 380278, 380279, 400518, 401415, 408004, 427629 und 431091

falls entsprechend der Teilfuge T der Reibklötze K voneinander getrennt sind. Durch vier Schraubenzugfedern Z, die in entsprechenden Bohrungen der Reibkörper K liegen und mittels quer hindurch gesteckter Bolzen Z₁ angreifen (wobei die Bolzen Z₁ seitens der in entsprechende Kerben eingefügten Federn Z gegenüber axialer Verschiebung gesichert werden), werden die Reibkörper K so ίο zusammengezogen, daß sie die ursprüngliche Gestalt des bei T durchgeschnittenen Zylinders zu erhalten trachten. Am Außenumfange der so zu einem Hohlzylinder zusammengefaßten beiden Reibkörper K sind gleichmäßig am Umfange verteilt, beispielsweise inschwalbenschwanzförmigen Nuten, insgesamt vier Reibklötze K₁ angeordnet, welche dazu bestimmt sind, am zylindrischen Innenumfange des Kranzes R den kuppelnden Eingriff herao vorzubringen, wenn beim Umlaufe der Kupplung die an den Reibkörpern K angreifende Fliehkraft entgegen der Wirkung der Federn Z die Reibklötze K diametral voneinander entfernt und dieselben sich alsdann am Kranze R abstützen läßt. Um eine gewisse Abnutzung der Reibbacken K_x zu ermöglichen, ohne die übrigen Außenflächen der Körper K zur Auflage zu bringen, sind diese Außenflächen entsprechend der Wölbung der Innenfläche R bearbeitet.

Die beiden zusammen annähernd einen Rotationskörper bildenden Reibkörper K₁ welche zunächst frei drehbar um die Scheibe^ bzw. deren Ringwulst S_s angeordnet sind, übertragen das bei dem reibenden Angriff der Backen K₁ entwickelte Drehmoment dadurch auf die Hülse M, daß je ein mit seiner Längsachse parallel zur Kupplungsdrehachse liegender, quer durch den Körper K hindurchgeschobener BolzenP an den SeitenwändenPj einer der beiden hierfür am Umfang der Scheibenwulst S_s gegenüberliegend geschaffenen Ausnehmungen L Widerlage findet. Die Ausnehmung L ist dabei längs des Umfanges so verbreitert, daß den Reibkörpern K, von der dargestellten Mittellage der Abb. 2 aus, eine relative Drehbeweglichkeit um den Winkel α nach beiden Seiten gestattet wird. Die Bolzen P sind dabei in der senkrecht zur Teilfugenebene verlaufenden Symmetrieebene an den Reibkörpern K befestigt.

Um nun zu verhüten, daß die Reibklötze K ohne weiteres der Wirkung der Fliehkraft als der einrückenden Kraft preisgegeben werden bzw. um die Kupplung mittels eines Massenstoßes in praktisch besonders zweckmäßiger Weise zu steuern, wurden in das Innere des von den Reibkörpern K und den Buchsen B einerseits sowie der Ringwulst S₈ und der Scheibe 6" andererseits gebildeten Raumes Kugeln W eingebracht, welche mittels besonderer Käfige G zu einem System zusammengefaßt sind. Die Käfige G besitzen je die Gestalt einer Ringscheibe, welche mit ihrer Bohrung an dem Außenumfange der Bunde S₁ und S₂ der Hülse M beiderseits der Scheibe S¹ und unterhalb deren Ringwulst S₃ leicht drehbar gelagert sind. Sie sind an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen je durch eine quer zur Ebene der Scheibe 6" liegende Blattfeder C, deren Länge der axialen Ausdehnung der Reibklötze K entspricht, dadurch starr vereinigt, daß die Blattfedern C jeweils in ihrer Mitte in beiden Käfigen G gemeinsam befestigt sind und durch entsprechend an der Scheibe 5" vorgesehene Ausnehmungen / hinduroh von der einen zur anderen Seite hinüberfassen.

Die Befestigung der Blattfedern C an den Käfigen läßt sich dabei beispielsweise so bewirken, daß die Blattfedern C, wie dargestellt, in entsprechende Öffnungen rechteckiger Gestalt stramm passend eingeschoben werden und durch leichtes Verstemmen der rechteckigen öffnungen an den Käfigteilen G festgehalten werden.

Die Ausnehmungen J sind dabei längs des Umfanges so verbreitert, daß eine Drehbeweglichkeit des Käfigpaares G gegenüber der Scheibe.? von der dargestellten Mittellage (Abb. 2) aus nach beiden Seiten ebenfalls um den Winkel α ermöglicht wird. Die Blattfedern C greifen mit ihren Enden in die zwischen den Reibkörpern K gebildeten Teilfugen T ein, so zwar, daß bei einer Drehung des zusammengefaßten Reibkörperzylinders um die Rotationsachse der Kupplung die beiderseits vereinigten Käfige G an der Drehbewegung teilnehmen. Da der so geschaffene Zusammenhang zwischen dem Käfigpaare G einerseits und den zusammengefaßten Rßibkörpern K anderseits nicht starr ist, sondern vermöge der Federung C nachgiebig, so ist es möglich, daß die Käfige unter Durchbiegung der Federn C eine von der Drehung der Körper K abweichende Drehbewegung ausführen können. Um eine derartige, für den später zu beschreibenden S teuerungsVorgang notwendige Relativbeweglichkeit der Reibkörper und Käfige, welche eine ausreichende Durchbiegung der Federn C erfordert, zu ermöglichen, wurde durch eine entsprechende Verbreiterung T₁ der Teilfugen T da, wo sie den Käfigen unmittelbar gegenüberliegen, Sorge getragen, so daß die Federn C nur mit ihren Enden an den Reibkörpern zur Auflage gelangen. Ferner wurde entsprechend dem Bereiche der Ausnehmungen L am Scheibenwulst S_s für den freien Durchlaß der Mitnehmerbolzen P am Umfange der beiden Käfigteile G Platz geschaffen. Die an den Reibkörpern K befestigten Buchsen B bleiben

mit ihren zunächst den Käfigscheiben G liegenden Stirnflächen in solchem Abstand, daß eine die Relativbeweglichkeit störende Reibung zwischen beiden Teilen vermieden ist. Das Käfigpaar G nimmt nun zu beiden Seiten der Scheibe 5¹ jeweils in derselben axialen Ebene in entsprechenden radial gerichteten Ausnehmungen die Kugeln W auf. Die Ausnehmungen, welche jeder einzelnen

ίο der acht Kugeln radiale Beweglichkeit gestatten (wobei dafür Sorge getragen wird, daß die Fühlung mit den Kugeldurchmessern während des gesamten Arbeitsspieles niemals verlorengeht), verlaufen dabei in der Hauptsache in einer am Umfang der Käfigscheiben G gebildeten axialen Verbreiterung G'. Die Verbreiterung ist dabei so getroffen, daß die gesamte Beweglichkeit der Reibkörper K beim Schalt- und Kupplungsvorgange nicht behindert wird. Jede der so in dem Käfig G gehaltenen Kugeln W, welche dazu bestimmt sind, die Reibkörper K vermöge des Massenstoßes der Wirkung der einrückenden Kraft entgegenrollen zu lassen und auszuliefern, kann nun mit vier verschiedenen Flächen zusammenarbeiten. An den zylindrischen Innenflächen bei W₁ des Scheibenwulstes S₃ und den zylindrischen Außenflächen bei W₂ der Buchsen B sind die Kugeln in der Lage, die radial gerichteten Kraftäußerungen der Fliehkraft aufzunehmen. An den ebenen Seitenwänden bei W₃ der Scheibe 6" und den Kegelflächen bei Wi der Buchsen B sind sie in der Lage, axial gerichtete Führungskräfte zu übertragen. Dank einem entsprechend gewählten Öffnungswinkel des Konus bei W₄, ist es möglich (da sich die Geraden durch W₁ und W₃ und durch W₂ und W₄, auf der Rotationsachse schneiden) sowohl die radial gerichteten als auch die axial gerichteten Kraftäußerungen gleichzeitig aufzunehmen und trotzdem einen korrekten Rollvorgang an jeder Kugel zu gewährleisten, wenn eine "Relativbewegung zwischen K einerseits und S₃ anderseits auftritt. Sind zufällig nur radial gerichtete Kräfte von den Kugeln W aufzunehmen, dann bleibt natürlich der reine Rollvorgang bei W₁ und W₂ ungestört.

Um nun die unter der Wirkung der Fliehkraft nach außen strebenden Reibkörper K freigeben zu können, wurden entsprechend der Käfig- und Kugelanordnung an vier zu beiden Seiten gegenüberliegenden, gleichmäßig am Innenumfange des Scheibenwulstes S₃ verteilten Stellen Vertiefungen V vorgesehen, welche den Kugeln W eine begrenzte radiale Auswärtsbewegung gestatten. Diese Vertiefungen V, welche die zylindrischen Laufflächen bei W₁ der Kugeln W zwischen den Kanten N unterbrechen, sind so angeordnet, daß sie den Kugeln nur in der in der Abb. 2 dargestellten Mittellage des Käfigpaares G gestatten (die obere Hälfte der Abb. ι zeigt zur besseren Klarstellung die Kugeln abweichend von der Abb. 2 in der Innenlage und in die eigentliche Schnittebene verlegt), ihre größte radiale Entfernung von der Kupplungsdrehachse einzunehmen und nur von solchem Betrage, daß dabei die Kugeldurchmesser die Fühlung mit den Führungsschlitzen der Käfige G nicht verlieren können. Die Vertiefungen V sind so ausgebildet, daß es ohne weiteres möglich ist, durch einfache Verdrehung der Käfige G gegenüber dem Ringwulste 5¹ bzw. den Vertiefungen V die Kugeln W wieder aus den Vertiefungen heraus nach innen zurückzuholen. Die Verhältnisse sind so gewählt, daß, wenn die Kugeln W in die Vertiefung V eintreten, den kuppelnden Gliedern K bei W₂ nicht länger verwehrt wird, ihre kuppelnde Auswärtsbewegung anzutreten und bis zum vollen Aufruhen ihrer Klötze K₁ am Kranz R durchzuführen, ohne daß die aus dem Kraftschluß ausgeschiedenen Kugeln W stören.

In dem dem Zustande des Eingerücktseins der Kupplung entgegengesetzten Ruhezustande liegen die unter dem Einfluß der Wirkung der Federn Z sich weitgehend zu nähern trachtenden Reibkörper K, je nach den gewählten Abmessungen, entweder am Außenumfang des Ringwulstes S₃ auf oder am Außenumfang der Naben der Flansche F₁ und F₂ oder finden an den in die Teilfugen T eintretenden Federn C ihren Kraftschluß. Für das vorliegende Beispiel sei angenommen, daß die Auflage am Außenumfang von S₃ erfolgt, wobei noch etwa durch die Ausbildung der Flächen Y als Konen dafür gesorgt sei, daß beim Aufruhen unter der Kraftäußerung der Federn Z eine Festlegung der Körper K gegenüber axialer Verschiebung herbeigeführt wird. Ebenfalls dank der konischen Ausbildung der Fläche bei JF₄ der Buchse B, welche sich bei der zum Aufstützen bei Y eintretenden radialen Einwärtsbewegung der Reibkörper auch seitwärts von den Kugeln W entfernt, ist gewährleistet, daß die Kugeln W nirgendswo unter dem Einfluß axial oder radial gerichteter Kräfte festgehalten werden können. Damit ist es den Käfigen G im Ruhezustande der Kupplung ermöglicht, mit ihren Kugeln jede Drehbewegung unbehelligt und frei durchzuführen, wie sie ihnen von den in die Teil fugen T eingreifenden Fedem C seitens der als Rotationskörper zusammengesetzten Körper K vorgeschrieben wird.

Die Wirkungsweise der Kupplung, beispielsweise betrachtet am Anlaßvorgang des mittels Sterndreieckschalters eingeschalteten Drehstromkurzschlußankermotors, ist nun,

ausgehend von dem dem abgeschalteten Zustand des Motors entsprechenden Ruhezustand der Kupplung, folgende: Mit dem Einschalten des Motors in die Vorstufe »Stern« setzt sich die antreibende Kupplungshälfte M mit dem Motor lauf er, beispielsweise im Sinne des Pfeiles der Abb. 2, in beschleunigte Bewegung. Die ein erhebliches Massenträgheitsmoment um die Kupplungsachse aufweisenden, als Rotationskörper zusammengefaßten Reibkörper K können an dieser Beschleunigung nur dann teilnehmen, wenn sie mit ihren Mitnehmerstiften P (wo diese sich auch immer in den Nuten L vorher befunden haben mögen) an der im Drehsinne zurückliegenden Nutenwand P₁ gemäß der strichpunktiert angedeuteten Lage zum Anschlag gelangt sind (oberer Teil der Abb. 2). Da im Ruhezustand der Kupplung die freie Beweglichkeit der Käfige G durch nichts gestört ist, so müssen diese mit dem Einsetzen der Anfahrbeschleunigung, ohne daß die Federn C deformieren können, an dieser Bewegung voll teilnehmen. Die Kugeln W werden daher gezwungen, die in der Abb. 2 ebenfalls strichpunktiert angedeutete Lage einzunehmen. Wird nun mit der wachsenden Fliehkraft die Wirkung der Zugfedern Z schließlich übertroffen, dann entfällt die Kraftäußerung der Abstützung in seitlicher Festlegung am Außenumfang von S_s, und die Kugeln treten alsbald in den neuen Kraftschluß ein, den die Aufnahme des Fliehkraftüberschusses seitens der Kugeln W bedingt. Bei der Umkehr der radialen Kraftrichtung, also beim Übergang des Kraftschlusses auf die Kugeln, ist schon infolge des unvermeidlichen Spieles eine, wenn auch geringfügige, radiale Auswärtsbewegung der Körper K gegeben. Die sich abhebenden Konen Y können damit an den Reibkörpern K auftretende axiale Führungskräfte nicht mehr übernehmen, an deren Stelle treten vielmehr die sich alsbald ebenfalls gegen die Kugeln abstützenden Kegelflächen bei W₁. Die zu einem Vollkörper zusammengesetzten Reibkörper K besitzen also in dieser Phase des Arbeitsspieles eine Drehbeweglichkeit um die Kupplungsachse von der Art eines einen korrekten Rollvorgang gewährleistenden, radialen und axialen Kräften gewachsenen Kugellagers.

Auch nach dem Ablauf der Anfahrbeschleunigung, wenn also der noch in »Stern« eingeschaltete Motor, dank der noch ausgerückten Kupplung, seine volle Leerlaufdrehzahl erreicht hat, besteht kein Anlaß, daß diese während des Anlaufes beispielsweise aus den Massenkräften der Anfahrbeschleunigung erzwungene Riegelstellung aufgegeben wird.

Erst wenn mit dem Umschalten von »Stern« auf »Dreieck« die mechanischen Begleiterscheinungen des elektrischen Umschaltvorganges herbeigeführt werden und der mit M umlaufende Rotor eine kurzzeitige Geschwindigkeitsänderung bzw. einen Massenstoß erfährt, dann tritt hierin eine Änderung ein. Wird im gewählten Beispiel der Rotor kurzzeitig verzögert, dann können die nur über die geringfügigen Kräfte der rollenden Reibung hinweg in einem drehmomentäußern- 7" den Zusammenhang mit M stehenden umlaufenden Massen der Körper K an dieser verzögerten Bewegung praktisch nicht teilnehmen, solange nicht ihr Mitnehmerbolzen P nach Durchmessen des doppelten Winkels α einen neuen Anschlag auf der anderen Seite P_x der Nut L gefunden hat. Es findet also in dem geschaffenen Wälzlager eine Drehbewegung von K gegenüber M statt. Die sich abwälzenden Kugeln W nähern sich dabei den Kanten N, erreichen sie und rutschen alsdann (durch die Käfige zu gemeinsamem Arbeiten gezwungen) in ihrer Gesamtheit in die Käfige V ab. Damit ist die Bewegung des Anschlagwechsels unterbrochen, und die so der Fliehkraft ausgelieferten Reibkörper K gelangen mit ihren Reibklötzen K₁ bei R zum Eingriff.

Da nun die freigebende Drehbewegung an den Käfigen G nach den Gesetzen des Roll-Vorganges mit geringerer Winkelgeschwindigkeit erfolgt um die Kupplungsachse als an den Körpern K bzw. S₅, so ist durch die Nachgiebigkeit der Federn C diesem Zusammenhang Rechnung getragen. Ferner aber haben die Blattfedern C auch die Aufgabe, zu gewährleisten, daß der Käfig in der Lage, die ihm die in die Vertiefungen V eingetretenen Kugeln vorschreiben, verharren kann, wenn nun mit der eintretenden Drehmomentübertragung sich die um den erforderlichen Eingriffshub radial nach außen gewanderten Mitnehmerbolzen P von neuem an die Anschlagkante P₁ legen. Damit nämlich ist eine ganz bedeutende Relativbewegung der Reibkör- i°5 per K gegenüber den Käfigen G bedingt, welche zu unangenehmer, weitgehender Deformation der Federn C führen würde, wenn nicht gerade infolge des Eingriffshubes sich die Teilfugen T so weit verbreitert haben würden, daß die zwischen ihnen liegenden Enden der Federn C geradezu mehr oder weniger ihres Stützpunktes an den Teilfugenflächen von K beraubt werden. Es wird also durch diese Veränderung des federnden Zusammenhanges zwischen Käfigstellung und Reibklotzstellung in einfacher Weise eine sonst unvermeidliche unangenehme Beanspruchung der Feder vermieden.

Erst wenn nun mit dem Abschalten des Motors die Fliehkraft zurückgeht und die unter der Wirkung der Federn Z radial zu-

sarhmengeholten, sich wieder zusammensetzenden Reibkörper K die schmale Trennfuge T wieder herstellen, dann geraten die Federn C wieder in den ursprünglichen Zusammenhang. Ehe es dabei aber zu einer bedeutenden Kraftäußerung seitens der Federn C infolge der weitgehend verdrehten Lage zwischen Käfig und Reibkörper kommt, werden infolge des auf den Käfig ausgeübten Drehmomentes ίο die Kugeln W aus der Vertiefung V in ihre Ausgangslage zurückgezwungen. Da sich die Reibbacken K in der Ausgangslage jeder Kraftäußerung auf die Kugeln enthalten, so ist die einwandfreie Rückkehr sichergestellt und die Kupplung zum neuen Anlauf bereit. Da bei einer einsetzenden Anfahrbeschleunigung das Käfigpaar G über die Federn C hinweg immer seitens der Massen K in die Lage gezwungen wird, welche dem jeweils beschrittenen Drehsinne zukommt, so werden die Kugeln W stets nach der für den Ablauf des Arbeitsspieles richtigen Stelle gesteuert. Ohne weitere Maßnahmen treffen zu müssen, ist daher die Kupplung stets für den Betrieb in jedem beliebigen Drehsinne geeignet.

Da nun die Stellung, welche die Kugeln W auf den Rollflächen bei W₁ im Verhältnis zu den Kanten N bei Beginn des Entriegelungsvorganges einnehmen, maßgebend dafür ist, auf Grund welchen Relativweges zwischen K und M die Entriegelung zustande kommt, so ergibt sich ein einfaches Mittel, bei einem bestimmten Drehmomente der sich der Entriegelung widersetzenden rollenden Reibung, die Kupplung durch Veränderung dieses Entriegelungsbogens auf Massenstöße von bestimmter Größe abzustimmen. Diesem Zwecke dient die in dem Ringwulst radial eingeschraubte Regulierschraube X (Abb. 2), welche mit ihrer Spitze in eine entsprechende Ausnehmung am Umfange des Käfigs G hineinragt und mit den entsprechend abgesetzten Anschlagkanten Q zusammenarbeitet. Die Anschlagkanten Q sind so gelegt, daß sie beispielsweise gerade die Ablenkung des Käfigs beiderseits um den vollen Winkel α aus der Ruhelage gestatten, wenn die Schraube X vollkommen zurückgeschraubt wurde. Je tiefer sie jedoch radial einwärts geschraubt wird, desto mehr wird an ihrer immer mehr heraustretenden Spitze der Winkel α eingeschränkt, und zwar gleichzeitig nach beiden Seiten. Während also beim Einsetzen des Anlaufes, ausgehend von der dargestellten Mittellage, die Körper.K und die Mitnehmerbolzen P den Winkel α bis zum Anschlage P₁ nach wie vor zurücklegen müssen, ist dann der Winkel, den der Anschlag Q an der Schraubenspitze X gestattet, kleiner. Die nachgiebige Federung C erlaubt wiederum, daß der Käfig G gegenüber K diese geänderte Lage einnehmen kann, welche seine Kugeln W näher an die für die Auslösung entscheidend wirkenden Kanten N heranrückt. Die Wirkung dieser Regelung ist in vorteilhafter Weise gleichzeitig eine doppelte. Neben der Verringerung des Schaltwinkels wird gleichzeitig an der Feder C, infolge der durch das Vorschieben bedingten Deformation eine Kraft erzeugt, welche den Ausrückvorgang noch unterstützt. Dies um so mehr, je weiter die Regelschraube X eingeschraubt wird. Es steht selbstverständlich frei, die Regelungseinrichtung auch so zu treffen, daß nur eine der beiden die zur Auslösung notwendige Größe des steuernden Massenstoßes ändernden Maßnahmen Anwendung findet, wie auch der Winkel, unter dem die Mitnehmerbolzen P bei P₁ ihren Anschlag finden, veränderlich gestaltet werden kann.

Dadurch, daß die Reibklötze K₁ mit ihren Reibflächen zur Richtung der im Schwerpunkte der Reibsektoren K angreifenden Fliehkraft geneigt sind, entsteht eine Erhöhung der an der zylindrischen Innenfläche des Kranzes R radial gerichteten Abstützkräfte und damit des Anpressungsdruckes, die eine erwünschte Vergrößerung des durch die Kupplung übertragbaren Reiibungedrehmomentes bedingt und um so größer ist, je größer die Abweichung von der Fliehkraftrichtung ist. Es bleibt selbstverständlich unbenommen, auf eine derartige anpressungsdrucksteigernde Wirkung ganz oder teilweise zu verzichten und die Reibflächen in anderer Anordnung, schließlich auch in Keilrillen wirkend, an jeder beliebigen Stelle der gesamten, der angetriebenen Kupplungshälfte zugewendeten Außenfläche der Körper K unterzubringen.

Bei den zwischen den Mitnehmerbolzen P und den Anschlagflächen P₁ zu übertragenden größeren Umgangskräften ist es besonders vorteilhaft, daß die Übertragung gerade an dem ohnehin zur Unterbringung der Riegelanordnung breit zu haltenden Ringwulste S_:i erfolgt und somit geringere Flächendrücke erzielt werden. Zur Steigerung oder Verringerung des Anpressungsdruckes für die Gleitflächen bleibt es unbenommen, die Anschlagflächen P₁ unter beliebigem Winkel zur Umfangskraftrichtung zu neigen und dadurch aus der übertragenen Umfangskraft nach den Gesetzen der schiefen Ebene Kräfte herzuleiten, welche .die Anpressungsdrücke in den Gleitflächen erhöhen oder verringern. Überhaupt bleibt es unbenommen, die Kupplung als selbstregelnde Gleitkupplung auszugestalten. Es ist auch möglich, die beiderseitigen Anschlagflächen P₁ unter verschiedenen Winkein zu neigen, so daß beispielsweise das Drehmomentverhalten der Kupplung in einem

Drehsinne ein anderes ist als beim entgegengesetzten. Dank der symmetrischen Ausbildung der Anordnung in bezug auf eine senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Mittelebene wäre es dann möglich, durch einfaches umgekehrtes Aufstecken der Kupplungshülse M auf die Antriebswelle für einen bestimmten Drehsinn eine veränderte Drehmomentausübung zu bewirken. ίο Besonders an den Flanschen F₁ und F₂ zahlreich angebrachte Kühlrippen 0 gewährleisten eine günstige Abführung der bei dem Gleitvorgang während des Anfahrens der Nutzlast auftretenden Wärme. Eine zusätzliche Ventilationswirkung kann außerdem noch durch das Anbringen der Ringscheiben O₁ hervorgebracht werden, welche die Räume zwischen den Kühlrippen teilweise abdecken. Scheiben, welche im übrigen auch geeignet sein werden, für die Benutzung der Kupplung wichtige technische Daten sichtbar anzubringen.

Läßt man im Ruhezustande der Kupplung sich die beiden Reibsektoren K unter der Wirkung der Zugfedern Z mit dem Innenumfange der Buchsen B auf dem Außenumfange der Naben der Flanschen F₁ und F₂ der angetriebenen Kupplungshälfte abstützen, 'dann ist es möglich, nicht nur die Verriegelung infolge des Drehmomentes herzustellen, welche das Masisenträgheitsmoment der Massen K infolge der Anfahrbeschleunigung liefert, sondern auch ganz oder teilweise aus dem bei dieser Abstützung auftretenden Reibungsdrehmomente. Dieses Rei'bungsdrehmoment zwischen dem Außenumfange der Buchsen S der Reibsektoren K und dem Außenumfange der Naben der Flanschen F₁ und F₂ der in der Regel beim Anlaufe stillstehenden Kupplungshälfte wirkt so lange im Sinne eines Bewegungswiderstandes der Schwungkörper K₁ als deren Fliehkraft die Wirkung der Zugfedern Z noch nicht überwunden hat. Der Richtungswechsel der auf die Schwungkörper K im radialen Sinne ausgeübten Kraftwirkung beim Überhandnehmen der Fliehkraft würde dann wiederum diese Aufstützkräfte zum Verschwinden bringen und die Kugeln zur weiteren Kraftaufnahme für den weiteren Verlauf des Steuerungsvoirganges in Wirkung treten lassen. Es bleibt selbstverständlich unbenommen, sich bei der Abstützung der radial nach innen gerichteten Kräfte im ersten Teile des Arbeitsspieles außerdem der rollenden Reibung in beliebiger Art zu bedienen.

Es ist nicht notwendig, daß die Kupplung des beschriebenen Beispiels nur im Zusammenbau mit in die Form einer Riemenscheibe gebrachten angetriebenen Kupplungshälften ausgeführt wird. Es bleibt vielmehr freigestellt, sie im Zusammenbau mit jeder beliebigen anderen Kraftübertragungseinrichtung zu verwenden. Unter anderem wäre es auch möglich, den Kupplungsteil F₁, F₂, R nicht auf der antreibenden Welle bzw. Hülse M zu lagern, sondern ihn vom anzutreibenden Maschinenteil her übergreifen zu lassen und so anzuordnen, daß die Schalteinrichtung in seinem Hohlräume wirkt. Es ist ferner nicht wesentlich, ob der Kranz R unmittelbar mit der anzutreibenden Maschine verbunden ist oder erst selbst wieder ein Glied darstellt, welches durch bestimmte Kupplungs- oder Gleitkupplungseinrichtungen das Drehmoment, welches dadurch auch entsprechend beeinflußt werden könnte, weiterleitet. Überhaupt bleibt es unbenommen, die Hülse M als unmittelbar mit dem antreibenden Motor in Verbindung stehend anzusprechen oder selbst wieder als Teil einer dazwischengelegten selbsttätigen Kupplung oder sonstigen Einrichtungen aufzufassen.

Lm Falle die kuppelnden Glieder K nicht unmittelbar an den Kranz R angreifen, ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, die kuppelnden Glieder K an einer Hülse reiben zu lassen, welche mit einer gewissen Relativbeweglichkeit in dem Kranz R eingeschoben ist und auf Grund der so ausgeübten Drehmomente das Drehmoment der Kupplung von der angetriebenen Kupplungshälfte her beeinflußt, wobei auch von dem Mittel Gebrauch gemacht werden könnte, die Stirnseiten der kuppelnden Glieder in beliebiger Flächengestaltung reiben zu lassen.

Zur weiteren Verfeinerung der Arbeitsweise der Kupplung ist es möglich, die Kraftwirkung, gegenüber welcher abzuriegeln ist, in möglichst geringem Umfange auf der Riegeleinrichtung lasten zu lassen. Einem derartigen Zwecke könnte beispielsweise eine Einrichtung in der Nähe der Trennfugen T dienen, welche die Kraft der Federn Z, solange die öffnung des Schlosses noch nicht erfolgt ist, so weitgehend unterstützt, daß nunmehr von der einrückenden Kraftwirkung ein Rest von geringer Größe abzuriegeln bleibt, mit der Freigabe jedoch die die Federn Z unterstützende Wirkung in Wegfall kommt, so zwar, daß dann eine Einbuße an Anpressungsdruck nicht mehr eintritt. Ein Beispiel für eine derartige Ausgestaltungsmöglichkeit gibt die Abb. 3, die sich im übrigen auf das Beispiel der Abb. 1 und 2 stützt. Sie zeigt, wie an Stelle der einen der an jeder Trennfuge T paarweise angeordneten Zugfedern Z ein Kolben c am Bolzen Z₁ des einen Reibsektors K eingehängt ist, der in eine entsprechende Bohrung des anderen Reibsektors /C hinübergreift. Dort ist außerdem eine Kugel f vorgesehen, die in einer Bohrung

senkrecht zur Kolbenachse verläuft und unter der Wirkung der Druckfeder e steht, deren Kraft durch die Schraube g eingestellt werden kann. Diese Kugel / wirkt an einer gemaß dem Winkel β kegelartig abgesetzten Bundfläche s des Kolbens c derart, daß sie unter der Wirkung der Kraftäußerung aus der Druckfeder e eine größere Kraftkomponente in Richtung der Achse des Kolbens c

ίο hervorbringt, die die Wirkung der Zugfedern Z unterstützt und, parallel zur ihr gerichtet, der Fliehkraft entgegenarbeitet. Genau dieselbe Einrichtung ist auch diametral schräg gegenüber an der anderen Teilfuge T zu denken, so daß also an jeder Teilfuge T eine Zugfeder Z zusammen mit der Kolbeneinrichtung der Fliehkraft entgegenarbeitet. Die Verhältnisse sind so gewählt gedacht, daß von der Kugel / an der Schrägfläche s zwar ein beträchtlicher Teil der Fliehkraft aufgehoben wird, jedoch immer noch ein Restbetrag, dessen Größe an der Schraube g eingestellt werden kann, an den Wälzkörpern W abgeriegelt werden muß. Geben die Wälzkörper W in dem beschriebenen Steuerungsvorgange dann die Schwungkörper K der Fliehkraftwirkung preis, dann werden die Kugeln /, die zusammen mit den Zugfedern Z die Fliehkraft nicht bewältigen können, an der Schrägfläche j des Kolbens c entgegen der Wirkung der Druckfeder e bei der radialen kuppelnden Abwärtsbewegung der Reibkörper Λ' in ihre Bohrung zurückgezwungen, weil der Kolben c aus seiner Bohrung auswärts bewegt wird. Im eingerückten Zustande der Kupplung liegt dann die Kugel f an der zylindrischen Außenfläche des Kolbens c und ist so außerstande, weiterhin die Fliehkraft schwächende Kraftkomponente zu erzeugen.

Dies ist erst dann wieder der Fall, wenn beim Stillsetzen die Fliehkraft verschwindet und die Schwungkörper K unter der Wirkung der Zugfedern Z wieder in die dargestellte Ausgangstage zurückgeholt werden, wobei die erneut in der Bohrung nach einwärts bewegten Kolben c die Kugel / an die Schrägfläche s gelangen lassen. Damit ist dann für das neue Arbeitsspiel die Fliehkraft wiederum bis auf weiteres teilweise an den Schrägflächen s der Kolben c abgestützt, so daß die Wälzkörper W entsprechend weniger belastet sind.

Damit, oder mit anderen entsprechenden Einrichtungen, würde auch gleichzeitig erreicht werden können, daß die Eingriffsbewegung der Backen K nach der Freigabe bis zum Auftreten an der Innenwand von R ganz oder teilweise verzögert wird. Demselben Zwecke könnte auch eine nachgiebige Befestigung der Reibbacken K₁ dienen, wie sie gleichfalls mit der Abb. 3 beispielsweise veranschaulicht wird. Ee sind dort unter den Reibbacken K₁ besondere Federn, z. B. gewölbte Blattfedern h, vorgesehen. Außerdem könnte durch Verstellbarkeit der Wirkung der Federn Z oder durch dieselbe Wirkung bedingende andere Einrichtungen das Reibungsdrehmoment der Kupplung einstellbar gemacht werden. So zeigt die Abb. 3 am Umfang des Schwungkörpers K verschiedene Nuten, in die die Reibklötze K₁ eingesetzt werden können. Werden die Reibklötze in die beiden mittleren Nuten eingesetzt, dann ist das bei derselben Fliehkraft auftretende Reibungsdrehmoment kleiner, als wenn (wie dies dargestellt ist) die beiden äußeren Nuten besetzt werden. Mit der Versetzung der Reibklötze K₁ längs des Umfanges, die auf verschiedene Weise bewirkt werden kann, lassen sich verschiedentlich große Drehmomentstufungen hervorbringen. Andererseits ist es auch möglich, den Eingriff nach Art von Klinkenkupplungen ohne weiteres starr erfolgen zu lassen und nachgiebig wirkende Zwischenglieder zur Sicherung des stoßfreien Eingriffs an anderen Stellen und auch außerhalb der Kupplung vorzunehmen. Ein Beispiel der praktischen Ausgestaltung eines derartigen nachgiebigen Zwischengliedes gibt ebenfalls die Abb. 3, wobei an Stelle der Mitnehmerbolzen P der Abb. 1 und 2 jeweils ein Plattenpaar i angeordnet ist, das an Stelle einer runden Bohrung in einer Bohrung von eckigem Querschnitt in die Schwungkörper K eingesetzt ist. Das Plattenpaar i wird dabei durch eine Federung, etwa durch gewölbte Blattfedern k unter entsprechender Vorspannung auseinandergespreizt. Damit werden auftretende Stöße zwischen der Anschlagfläche P₁ des Antreiberkörpers M und den Schwungkörpern K bei der Drehmomentübertragung aufgenommen.

An Stelle der Kugeln W können naturgemäß auch andere von der Kugelform abweichende, entsprechend geführte Wälzkörper Anwendung finden. 10g

Neben der praktisch besonders günstig arbeitenden, auf feine Massenimpulse ansprechenden und auch einstellbaren Schalteinrichtung besitzt die Kupplung den Vorteil, es zu ermöglichen, durch die gleichzeitige Anwen- nc dung der Massen der Körper K zur Erzielung der Massenträgheitsmomente einerseits und bedeutender'Fliehkräfte andererseits in sehr kleinem Räume sehr kräftige Wirkungen zu zeitigen. Die Anordnung der Gesamtkupplung gestattet ferner gleichzeitig — praktisch ohne Beeinträchtigung der Größe der Schwung- und Fliehmassen —, die Leerscheibenflansche F₁ und F₂ in Lagerflächen von ausgiebiger axialer Länge auf der Hülse M zu lagern. Das zur Schmierung dieser Lagerflächen, welche im übrigen mit beliebigen

Lagermetallen versehen werden können, im Beispiele unter Anwendung besonderer, am Umfange von M eingebetteter Fikkissen ii (Abb. 2) eingebrachte Schmiermittel. gelangt zwar an den Anlaufbunden ^₁ und S₂ in erwünschter Weise zu den Käfigen G und den Kugeln, durch den Ringwulst S₁ und die übergreifenden Körper i£ wird ihm jedoch der Zutritt zu den Gleitflächen der Reitmngskupplung selbst verwehrt. Im ganzen handelt es sich also um eine Kupplung, welche den verschiedensten praktischen Erfordernissen, wie auch die Versuche .gezeigt haben, in einfacher Gestaltung bestens Rechnung trägt.

So ist es mit einer Kupplung so geringer Abmessungen, wie sie in den beiden Abbildungen des Beispiels niedergelegt ist, bei der Drehzahl von etwa 1400 Umdr./min. ohne weiteres möglich, Reibungsdrehmomente, die

ao einer mechanischen Leistung von etwa 5 bis 6 kW entsprechen, betriebssicher zu steuern und zu übertragen. Damit können derartige selbsttätige Kupplungen in vorteilhafter Weise mit sogar noch kleineren Abmessungen hergestellt werden, als den gewöhnlichen Riemenscheiben entspricht, wie sie bei der Übertragung derartiger Leistungen als normal benutzt werden.

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Kupplung nach Patent 380 277, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg der unter der einrückenden Kraft verschiebbaren kuppelnden Glieder (K) Wälzkörper (W) als Sperrglieder eingelegt werden, welche unter der Kraftäußerung des Massenstoßes in einem Wälzvorgange aus der Sperrstellung gebracht werden.

2. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (W) durch die in der Kupplung verfügbaren Kraftäußerungen (Federkräfte, Fliehkräfte, Massenkräfte, .Reibungskräfte) zu ihrer Ausgangslage zurückgeführt werden.

3. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι und 2, gekennzeichnet durch die Anordnung der Wälzflächen für die Wälzkörper (W), derart, daß die Verbindungslinien der Berührungspunkte (W₁, W_a und W₄, W₂) der Wälzkörper mit den Wälzflächeu sich zur Erzielung eines reinen Wälzvorganges in der Rotationsachse der Kupplung schneiden.

4. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (W) in einem Käfig

(G) gemeinsam geführt werden.

5. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Freigabe der einrückenden Kraft die Wälzkörper (W) in Vertiefungen (V) eintreten, welche die Wälzbahn unterbrechen.

6. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (V) so ausgebildet sind, daß durch Ausübung einer Kraftäußerung am Käfig (G) die Wälzkörper (W) in ihre Ruhelage zurückgeführt werden.

7. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückführung der Wälzkörper (W) zur Ausgangslage die Bewegung störende Kraftäußerungen auf die Wälzkörper dadurch vermieden werden, daß sie von der ausrückenden Kraft (Federn Z) z. B. durch Schrägflächen (Y) entlastet werden.

8. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfige (G) für die Wälzkörper (W) mit den kuppelnden Gliedern (K) federnd (Federn C) verbunden sind.

9. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Zusammenhang (Fedem C) zwischen den Käfigen (G) der Wälzkörper (W) und den kuppelnden Gliedern (K) während des Arbeitsspieles der Kupplung verändert wird.

10. Selbsttätige Kupplung nach An-Spruch ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Zusammenhang zwischen d,en Käfigen (G) und kuppelnden Gliedern (K.) dadurch geändert wird, daß die Federung (Federn C) in die sich beim Einkuppeln öffnenden Trennstellen (T) der kuppelnden Glieder (K) eingreift.

11. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis ro, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlräume einer über eine antreibende Hülse (M) geschobenen zweiteiligen Leerscheibe -(F₁, F₂, R) Schwungsektoren (/C) untergebracht sind, welche über einen an der Hülse hervortretenden Wulst (S₃) geschoben sind und mit an ihrem inneren no Umfange angreifenden, durch an der Hülse drehbar gelagerte Käfige (G) geführten, die Wälzkörper bildenden Kugeln (W) dadurch in kraftäußerndem Zusammenhange stehen, daß die Schwung- n₅ Sektoren (K) die Kugeln (W) von innen her mittels entsprechender Wälzflächen (W₂, W₄) fassen.

12. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits und innerhalb des Wulstes (Sg) Schwungsektoren (K) und Käfige

(G) um einen gewissen Winkel drehbeweglich untergebracht sind, wobei die Käfige durch Federn (C) verbunden sind und die Wälzkörper (W) radial verschiebbar in entsprechenden Ausnehmungen führen.

13. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragung vom antreibenden Kupplungsteile (M) auf die kuppelnden Glieder (K) durch Mitnehmer (P) bewirkt wird, die eine Relativbeweglichkeit zwischen beiden um die Kupplungsdrehachse und senkrecht zu dieser gestatten.

14. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung die Mitnehmer (P) sich gegen Anschlagflächen (P₁) legen, die von den Wänden von in einer der Wulst (S₃) tragenden Scheibe (S) vorgesehenen Ausnehmungen (L) gebildet werden.

15. Selbsttätige Kupplung nach An-Spruch ι bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (P₁) für die Mitnehmer (P) zur Richtung der Umfangskraft geneigt verlaufen und gegebenenfalls auch für die beiden Drehsinne verschiedene Neigungen aufweisen.

16. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die kuppelnden Glieder (K) im Ruhezustande der Kupplung durch Federwirkung (Federn Z) zusammengehalten werden und dabei annähernd einen Rotationskörper bilden.

17. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (K₁) der kuppelnden Glieder (K) gegenüber der Richtung der einrückenden Kraft am Umfange der kuppelnden Glieder (K) versetzt sind.

18. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Massenimpulses, welcher beim Steuerungsvorgang der Kupplung den kuppelnden Eingriff herstellt, einstellbar ist.

19. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Massenimpulses durch Verschiebung der Ausgangslage der Wälzkörper (W) gegenüber den Vertiefungen (V) in der Wälzfläche herbeigeführt wird.

20. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 19, gekennzeichnet durch ein von außen zugängliches Verstellglied (Schraube Z), das den Kanten (Q) einer in den Käfigen (C) für die Wälzkörper (W) vorgesehenen Ausnehmung (Q') als Anschlag dient.

21. Selbsttätige Kupplung nach Anspruch ι bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerscheibe (F₁, F₂, P.) von einer besonderen Lageranordnung außerhalb der Hülse (M) getragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen