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Universalgelenkkupplung Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Universalgelenkkupplungen,
deren treibender und getriebener Kupplungsteil .durch ein Mitnehmerglied gekuppelt
sind, welches zwischen den Kupplungsteilen verschwenkbar ist.
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Bei derartigen bekannten Kupplungen erfolgt die Kraftübertragung zwischen
dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil gewöhnlicherweise durch eine Anzahl
von untereinander unabhängigen kegeligen und gegebenenfalls .auch gezahnten Rollen.
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Zu demselben Zweck -ist auch vorgeschlagen worden, ein sechsarmiges,
mit Rollen versehenes Mitnehmerorgan zu verwenden.
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Eine weitere bekannte Universalgelenkkupplung ist nach Art der- ,gebräuchlichen
Kreuz- oder Kardangelenke ausgeführt, wobei als Mitnehmerglied ein Kreuz dient,
an dessen Zapfen je eine Rolle angebracht ist, welche in Schlitzen der beiden Kupplungsteile
gleiten.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, das Mitnehmerglied aus zwei Bügeln
auszuführen, die in Führungen :gleiten, welche mit dem treibenden bzw. dem getriebenen
Kupplungsteil verbunden sind.
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Gegenüber diesen bekannten Gelenkkupplungen besteht :die vorliegende
Erfindung wesentlich darin, daß das Mitnehmerglied als Bolzen mit Zahnsegmenten
und Kopfteilen ausgeführt ist, welch letztere auf der Form der Kopfteile .angepaßten
Laufflächen der Kupplungsteile rollen, während die Zahnsegmente miteinander starr
verbunden sind und mit entsprechenden Zahnsegmenten der Kupplungsteile in Eingriff
stehen.
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Durch eine solche Ausführung der Kupplung werden gegenüber den bekannten
Kupplungen
mehrere Vorteile erreicht, und zwar in erster Linie,
daß die Kupplung durch das bloße Vorhandensein :des gezahnten Mitnehmergliedes selbsttätig
axial zusammengehalten wird und auf diese Weise geeignet" ist, erhebliche axiale
Drücke aufzunehmen Bei den bekannten Kupplungen müssen zu diesem Zweck die Kupplungsteile
umgebende Kugelschalen und gegebenenfalls auch eine zentral angebrachte Kugel vorgesehen
werden, was zu einer erheblichen Gleitreibung führt.
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Durch eine Kupplung .gemäß der Erfindung erfolgt ferner die Kraftübertragung
unmittelbar, und zwar unter reibungsfreiem Rollen der Kopfteile auf den Laufflächen,
und durch die Erfindung wird ferner ermöglicht, den Ungleichförmigkeitsgrad .in
bezug auf die Winkelgeschwindigkeiten des treibenden und des getriebenen Kupplungsteiles
verschieden zu wählen, was bei den bekannten Kupplungen nicht möglich ist.
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Die Bauart der Kupplung gemäß der Erfindung, welche praktisch aus
nur drei Teilen besteht, ist einfach, und die Zerlegung wie auch die Zusammensetzung
der Kupplung kann in einfacher Weise erfolgen.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen werden einige Ausführungsformen einer
Universalkupplung gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. Abb. i ist ein Axialschnitt
einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform mit den Kupplungsteilen gegeneinander
winklig gestellt. Abb. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Abb. i von rechts
gesehen und mit den Kupplungsteilen gleichachsig angebracht. Abb. 3 ist eine Oberansicht
der Kupplung mit den Teilen gleichachsig liegend, und Abb. d. ist eine ähnliche
schematische Ansicht mit den Kupplungsteilen gegeneinander winklig gestellt. Abb.
5 ist eine Endansicht eines Kupplungsteiles gemäß einer abgeänderten Ausführung,
und Abb. 6 ist ein Axialschnitt desselben Kupplungsteiles. Abb. 7 und 8 zeigen zwei
verschiedene Abänderungen des Mitnehmerorgans. Abb. 9 zeigt ein Mitnehmerorgan mit
konvexen Rollenkörpern und den Kupplungsteilen mit entsprechenden konkaven Laufbahnen
versehen. Abb. io endlich zeigt eine Ausführungsform mit zylindrischen Rollenkörpern
am Mitnehmerorgan und ebenen Laufbahnen an den Kupplungsteilen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. i bis -. bezeichnet i den treibenden
.und 2. den getriebenen Kupplungsteil. Jeder dieser Teile ist mit vier paarweise
diametral entgegenstehenden klauenähnlichen Vorsprüngen oder Armen 3, 4., 5, 6 bzw.
31, .41, 51, 61 versehen, und zwar mit jedem Paar entgegenstehender Arme 3, 4 und
5, 6 bzw. 31, .11 und 51, 61 in gleichen Abstand von dem Gelenkmittelpunkt o liegend,
jedoch derart, daß das eine Paar Arme 3, .4 bzw. 31, .4' jedes Kupplungsteiles i
bzw. 2 in größerem radialem Abstand liegt als das zweite Paar Arme 5, 6 bzw.
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51, 61, so daß in der zusammengesetzten Lage 'der Kupplungsteile die
äußeren Arme 3, d. bzw. 31, 41 jedes Kupplungsteiles i bzw. 2 die inneren Arme 51,
61 bzw. 5, 6 des entgegenstehenden Kupplungsteiles 2 bzw. 1 umfassen.
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Die erwähnten Klauen oder Arne sind mit kegeligen Laufbahnen 7, 8,
9, Io bzw. 71, 81, 91, Io1 versehen, welche Teile von mit den Spitzen gegeneinander
gekehrten Kegeln i i, 12 bilden, und zwar mit den Spitzen im Gelenkmittelpunkt o
liegend.
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Zwischen den fraglichen Armen ist ein gemeinsames Mitnehmerorgan angebracht,
welches aus einem Mittelteil 13 besteht, der an den Enden als kegelige Rollenkörper
1.4 und 15 ausgebildet ist, welche auf den entsprechenden Laufbahnen der Kupplungsteile
rollen können. Am Mitnehmerorgan und außerhalb der Rollenkörper sind ferner kegelige
Zahnsegmente 16, 17 bzw. 161,i 71 ausgebildet, welche in entsprechende kegelige
Zahnsegmente 18, i9 bzw. 181, i91 an den äußeren Armen 3, d. bzw. 31, 41 eingreifen.
Der Teilungskegel der erwähnten Zahnsegmente soll hierbei zweckmäßig mit der Mantelfläche
.des entsprechenden Rollenkörpers 14. bzw. 15 zusammenfallen, so daß ein richtiges
Rollen erhalten wird. Die Zähne können, falls erwünscht, längs des Teilungskegels
abgestumpft werden, und zwar entweder an den Kupplungsteilen oder am Mitnehmerorgan
zwecks Erleichterns der Herstellung der kegeligen Laufbahnen bzw. der Rollenkörper.
Die Zähne eines der erwähnten Teile können auch einzig als Zahnköpfe ausgebildet
werden, d. h. ohne die gewöhnliche Wurzel.
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Die Zahnsegmente 16, 161 bzw. 17, 171 des Mitnehmerorgans sind an
außerhalb der Rollen 1d. bzw. 15 gelegenen rechteckigen Teilen 2o, 21 ,ausgebildet,
zum Zweck die Zusammensetzung bzw. die Zerlegung. der Kupplung zu ermöglichen, wie
dies unten näher beschrieben werden soll.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Universalkupplung :ist die
folgende.
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Mit Ausgangspunkt von der in Abb. i gezeigten Lage der Kupplungsteile
i und 2, in welcher die Achse des Mitnehmerargans 13, 1d. in der Bisektrixebene
P liegt, wird in erster Linie angenommen, daß der Kupplungsteil 2 zu 'einer mit
dem Teil i gleichachsigen Lage geschwenkt wird. Zufolge des Eingriffes zwischen
.den Zahnsegmenten 16, 161, 17, 171 des Mitnehmerorgans und den
Zahnsegmenten
18, 181, i9, r91 der Kupplungsteile wird das Mitnehmerorgan unter Rollen auf .den
entsprechenden Laufbahnen der Kupplungsteile um einen. Winkel geschwenkt, welcher
gleich der Hälfte :des Ablenkungswinkels a zwischen den Achsen ist. Wird hierbei
der treibende Kupplungsteil i in Umdrehung gesetzt, so wird die Bewegung durch :das
Mitnehmerorgan auf ,den getriebenen Kupplungsteil übertragen, .und zwar mit gleichbleibender
Winkelgeschwindigkeit. In dieser Lage wirkt die Kupplung mit anderen Worten als
eine gewöhnliche Klauenkupplung.
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Wenn ferner, ebenso mit 'Ausgangspunkt von der Lage in Fig. i, in
welcher, wie erwähnt, die Achse des Mitnehmerorgans in .der Bisektrixebene liegt,
angenommen wird, daß .der treibende Kupplungsteil i um 9o° zu der in Abb. q. gezeigten
Lage gedreht wird, so wird zufolge der hierdurch verursachten Verschiebung der Zahnsegmente
des getriebenen Kupplungsteiles :gegenüber der entsprechenden Zahnsegmente des treibenden
Kupplungsteiles das Mitnehmerorgan zwischen den Zahnsegmenten und den Laufbahnen
rollen, wodurch die Achse des Mitnehmerorgans in eine Ebene P1 reingestellt wird,
welche von der Bisektrixebene abweicht. Demzufolge wird während der fraglichen Drehungsperiode
(um 9o° von der Lage in Abb. i) dem getriebenen Kupplungsteil eine gewisse Nacheilung
erteilt, um während der fortgesetzten Drehung des treibenden Kupplungsteiles i um
einen weiteren Winkel von 9o° .diese Nacheilung nachzuholen, und zwar .demzufolge,
daß während dieser Drehungsperiode die Achse des Mitnehmerorgans allmählich wieder
in die Bisektrixebene eingestellt wird.
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Während der folgenden Viertelumdrehung des treibenden Kupplungsteiles
i wiederholt sich der während der ersten Periode erfolgende Verlauf, d. ,h. eine
Nacheilung oder Retardation des getriebenen Kupplungsteiles z, und während der letzten
Viertelumdrehung des treibenden Kupplungsteiles i wird der Verlauf während er zweiten
Periode wiederholt, und zwar eine Nachholung oder Acceleration des getriebenen Kupplungsteiles
z.
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Dies bedeutet, daß während jeder Umdrehung die Winkelgeschwindigkeits
des getriebenen Kupplungsteiles gegenüber derjenigen des treibenden Kupplungsteiles
ungleichförmig wird.
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Dieser Ungleichförmigkeitsgrad ist teils von dem Ablenkungswinkel
der Achsen der Kupplungsteile und teils von dem Verhältnis .der Halbmesser des kegeligen
Zahnkranzes des Mitnehmerorgans und der entsprechenden Zahnsegmente der Kupplungsteile
abhängig.
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Das letztere Verhältnis macht es möglich, 'Universalkupplungen gemäß
der Erfindung nach Wunsch mit zur Größe variierenden Ungleichförmigkeitsgraden zu
bauen, und zwar !,nur durch Wählen verschiedener Verhältnisse zwischen dem erwähnten
Halbmesser, d. h. verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen den entsprechenden
ineinander eingreifenden Zahnsegmenten.
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Bei der in Abb. i bis q. :gezeigten Ausführungsform ist das erwähnte
Verhältnis 2 : 5 gewählt, und der Ungleichförmigkeitsgrad wird demzufolge beträchtlich
geringer als bei dem gewöhnlichen Kreuzgelenken.
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Es stößt ,aber auf keinerlei Hindernis, das Halbmesserverhältnis so
zu wählen, daß der Ungleichförmigkeitsgrad beträchtlich größer wird als bei den
erwähnten Kreuzgelenken, falls dies aus irgendeiner Veranlassung gewünscht wird.
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Die in Abb. i bis q. gezeigte Ausführungsform ist ferner sowohl für
Vorwärtsgang als auch für Rückwärtsgang gebaut.
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Im ersteren Fall, wenn angenommen wird, daß die Umdrehung in der in
Abb. z gezeigten Pfeilrichtung erfolgt, wird die Kraftübertragung durch Vermittlung
des Mitnehmerorgans 13, 1q., 15 zwischen den äußeren Kupplungsarmen 3, 31 und d.,
.i1 bewirkt, während gleichzeitig die Laufbahnen 9, 91, Io, Io1 der inneren Kupplungsarme
5, 51, 6, 61 vom Druck entlastet werden. Zwischen den erwähnten Lautbahnen und .den
Rollenkörpern 14, 15 des Mitnehmerorgans entsteht hierbei ein gewisser Spielraum,
welcher dem erwähnten Organ Freiheit dazu gibt, bei -den oben angegebenen Einstellbewegungen
auf den äußeren Laufbahnen 7, 8 bzw. 71, 81 frei zu rollen.
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Bei dem Rückwärtsgang erfolgt die Kraftübertragung -durch Vermittlung
des Mitnehmerorgans zwischen den inneren Kupplungsarmen 5, 51 ' und 6, 61, während
gleichzeitig die Laufbähnen 7, 71, 8, 81 der äußeren Kupp-l:ungsarme 3, 3@, ,4,
4.1 vom Druck entlastet werden.
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Die Kupplungsteile i und 2 werden durch ;lie ineinander eingreifenden
Zahnsegmente 16-i8, 161-i81, 17-i9 und 171-i91 axial zusammengehalten, indem ,diese
paarweise 16, 18-i61, 181 bzw. 17, i9-i71, i91 einander entgegenwirkende Kraftmomente
ausüben. Die Zahnsegmente dienen gleichzeitig zur Aufnahme von auf -die Kupplung
wirkenden axialen Drucken und ferner, wie erwähnt, zur Führung :des zwischen den
Laufbahnen rollenden Mitnehmerorgans, so daß dieses unter .allen Umständen die beabsichtigte
Lage einnimmt.
Die Zerlegung der Kupplungsteile erfolgt in der folgenden
Weise.
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Die Kupplungsteile i und 2 werden bei der in Abb. i :gezeigten Lage
um einen so großen Winkel abgelenkt, daß der Eingriff zwischen den Zahnsegmenten
der Kupplungsteile und den des Mitnehmerorgans aufhört. Das Mitnehmerorgan wird
hierdurch frei und um 9o° aus der in Abb. i bzw. 3 gezeigten Lage gedreht, wonach
die Kupplungsteile i und 2 ohne weiteres axial auseinandergebracht werden können.
Die Zusammensetzung der Kupplung .erfolgt in umgekehrter Weise.
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Diese Möglichkeit zur Zusammensetzung bzw. Zerlegung der Kupplung
ist davon abhängig, daß .bei .der fraglichen Ausführungsform die Zahnsegmente verhältnismäßig
kurz sind, d. 11. nur eine geringe Anzahl Zähne enthalten. Dies bringt seinerseits
mit sich, daß der während der Funktion der Kupplung zugelassene maximale Ablenkungswinkel
verhältnismäßig klein wird. Dieser Winkel beträgt hier 22,5°, d. h. einen Betrag,
der in einer Mehrzahl von Verwendungsgebieten ganz .ausreichend ist.
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Falls größere Ablenkungswinkel gewünscht werden, müssen die Zahnsegmente
entsprechend länger ausgeführt werden, wobei Schwierigkeiten in bezug auf die Zusammensetzung
bzw. Zerlegung der Kupplung in der oben angegebenen Weise entstehen können.
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Für den erwähnten Zweck können hierbei statt dessen andere Vorkehrungen
getroffen werden, von welchen in Abb. 5, 6 und 7 einige Beispiele gezeigt werden.
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In Abb. 5 und 6 wird eine Endansicht bzw. ein Axialschnitt des treibenden
Kupplungsteiles veranschaulicht, und zwar aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Der
Nabenteil selbst besteht aus einem rechteckigen Körper il, an ,welchen durch Schraubenbolzen
2.4 Platten 22 bzw. 23 befestigt sind, von welchen die Arme 3, 6 bzw. 4. 5 hervorspringen.
Der getriebene Kupplungsteil ist in derselben Weise auszuführen. Ein Mitnehmerorgan,
welches, falls erwünscht, mit ringsum laufenden Zahnkränzen versehen «-erden kann,
kann somit ohne weiteres zwischen die zerlegten Armplatten angebracht werden, wonach
diese am Nabenteil festgeschraubt werden. Die Kupplungsarme sind wie vorher mit
kegeligen Laufbahnen 7, 8, 9, i o versehen.
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In Abb.7 ist eine Ausführungsform eines aus mehreren Teilen zusammengesetzten
Mitnehmerorgans gezeigt. Die kegeligen Rollenkörper 14, 15 dieses Organs sind hier
mit je einem Zapfen 13' bzw. 132 verbunden, welche in einer gemeinsamen
Hülse 25 eingeführt und an dieser vermittels durchgehender kegeliger Stifte
26 befestigt sind. Die Rollenkörper i-., 15 sind hier mit ringsum laufenden Zahnkränzen
i6= bzw. i7= versehen. Ein derartiges Mitnehmerorgan kann m eine Kupplung der in
Abb. i his q. gezeigten Art angebracht werden, welche mit längeren Zahnsegmenten
als den in genannten Abbildungen gezeigten versehen sein kann und demzufolge ,größere
Ablenkungswinkel gestattet.
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Wie im Zusammenhang mit Abb. i bis erwähnt worden ist, sollen beim
Vorwärtsgang die inneren Laufbahnen 9, 91, Io, Io1 und beim Rückwärtsgang die äußeren
Laufbahnen 7, 71, 8, 81 vom Druck entlastet werden, damit das Mitnehmerorgan auf
der einen oder der anderen Gruppe von diesen Laufbahnen frei rollen soll. Würde
aber aus irgendeiner Veranlassung zwischen den Rollenkörpern 1d., 15 und der vorläufig
vom Druck entlasteten Gruppe von Laufbahnen der erforderliche Spielraum nicht zustande
kommen, so ist Gefahr dafür vorhanden, daß zwischen den Rollenkörpern und diesen
Laufbahnen eine Gleitreibung entstehen kann, wodurch die freie Einstellung des Mitnehmerorgans
durch Rollen verhindert werden kann.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann, wie in Abb. 8 gezeigt, der
Rollenkörper aus zwei gegeneinander unabhängig drehbaren Ringen 141, 1a= bestehen.
Das Mitnehmerorgan ist hier übrigens von derselben Ausführung wie in Abb. 7.
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In Abb. 9 wird eine Ausführungsform eines Mitnehmerorgans gezeigt,
welches sich von demjenigen gemäß Abb. 7 nur dadurch unterscheidet, daß der kegelige
Rollenkörper 1.4 nach Abb. 7 durch zwei tonnenförmige Rollenkörper i4@, i4.4 ersetzt
ist, welche, falls erwünscht, auf dem Zapfen 13' unabhängig voneinander drehbar
angebracht werden können. Die Erzeugenden der Laufbahnen 7, 71, 9, 91 der Kupplungsarme
3, 31 und 5, 51 sind konkav zwecks Erhaltens der erwünschten Anschmiegung an .den
Rollenkörpern. Selbstverständlich steht es nichts im Wege, falls erwünscht, die
Rollenkörper mit konkaven und die entsprechenden Laufbahnen mit konvexen Erzeugenden
auszuführen.
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In Abb. io wird endlich ein Rollenkörper mit zwei zylindrischen Rollenteilen
145, 1a' gezeigt, welche auch, falls erwünscht, auf dem Zapfen 13' unabhängig voneinander
drehrar angebracht sein können. Die Laufbahnen 7, 71, 9, 91 der Kupplungsarme 3,
31, 5, 51 bilden hier ebene Flächen. Die Teilkegel 11, 12 können`` hierbei zweckmäßig
.die zylindrischen Rollenflächen an deren Mittelpunkten schneiden.
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Falls erwünscht, kann die Kupplung für Kraftübertragung nur in der
einen Richturi; ausgeführt werden, wobei die gez?igten inneren Kupplungsarme entbehrt
werden können.